收集adaboost算法的负样本进行人脸检测

Posted 2023-03-16

【中文标题】收集adaboost算法的负样本进行人脸检测

【英文标题】：collect negative samples of adaboost algorithm for face detection

【发布时间】：2014-10-25 05:45:16

【问题描述】：

Viola-Jones 的 AdaBoost 方法在人脸检测中非常流行？我们需要大量正样本和负样本来训练人脸检测器。

收集正样本的规则很简单：包含人脸的图像。但是负样本的收集规则不是很明确：不包含人脸的图像。

但是有很多场景不包含人脸（可能是天空、河流、家养动物等）。我应该收集哪个？如何知道我已经收集了足够的负样本？

对负样本的一些建议：使用正样本并使用左侧部分作为负样本裁剪面部区域。这是工作吗？

【参考方案1】：

您在帖子中提出了许多问题。

样本数量。根据经验：当你训练一个检测器时，每个阶段大约需要数千个正样本和负样本。典型的检测器有 10-20 个阶段。每个阶段将负样本的数量减少 2 倍。因此，您将需要大约 3,000 - 10,000 个正样本和约 5,000,000 到 100,000,000 个负样本。 采取哪些负面影响。经验法则：您需要在给定的环境中找到一张脸。所以你需要把那个环境当作负面的例子。例如，如果您尝试检测坐在教室里的学生的面孔，而不是从教室（墙壁、窗户、人体、衣服等）中获取负面示例图像。拍摄月亮或天空的图像可能对您没有帮助。如果您不了解您的环境，请尽可能多地拍摄不同的自然图像（在不同的光照条件下）。 您是否应该将面部部位（如眼睛或鼻子）视为负面？你可以，但这绝对是不够的（只考虑那些负面因素）。检测器的真正强度将来自代表人脸典型背景的负图像 如何收集/生成负样本 - 您实际上并不需要很多负样本。您可以拍摄 1000 张图像并从中生成 10,000,000 个负样本。这是你如何做到的。假设您拍摄了 1 兆像素分辨率 1000x1000 像素的汽车照片。假设您想要训练人脸检测器以 20x20 像素的分辨率工作（就像 openCV 所做的那样）。因此，您将 1000x1000 的大图像切成 20x20 的大小。您可以获得 2,500 件 (50x50)。这就是你如何从一张大图像中生成 2500 个负样本的方式。现在您可以拍摄相同的大图像并将其切割成 10x10 像素大小的片段。您现在将有额外的 10,000 个负样本。每个示例的大小为 10x10 像素，您可以将其放大 2 倍以强制所有示例具有相同的大小。您可以根据需要重复此过程（将输入图像切割成不同大小的块）。从数学上讲，如果您的图像大小为 NxN - 您可以通过获取其中的每个可能的矩形来从中生成 O(N^4) 个负样本。 在第 4 步中，我描述了如何拍摄单个大图像并将其切割成大量的反例。我必须警告你，负样本不应该有高协方差，所以我不建议只拍摄一张图像并从中生成 100 万个负样本。根据经验 - 创建一个包含 1000 张图片的库（或从 Google 下载随机图片）。验证没有图像包含人脸。从每张图像中裁剪大约 10,000 个负例，现在您已经得到了 10,000,000 个不错的负例。训练你的探测器。在下一步中，您可以将每张图像剪切到大约 50,000 个（部分重叠的部分），从而将您的底片数量扩大到 5000 万张。您将开始获得非常好的结果。 检测器的最终增强步骤。当你已经有了一个相当不错的检测器时，在许多图像上运行它。它将产生错误检测（检测没有人脸的人脸）。收集所有这些错误检测并将它们添加到您的否定集中。现在再次重新训练检测器。您进行的此类迭代越多，您的检测器就会变得越好 实数 - 当今最好的人脸检测器（如 Facebook）使用数亿个正样本和数十亿个负样本。作为正面的例子，他们不仅采用正面的面孔，而且采用多种朝向、不同的面部表情（微笑、大喊、愤怒……）、不同的年龄组、不同的性别、不同的种族（高加索人、黑人、泰国人、中国人…… ..)，有或没有眼镜/帽子/太阳镜/化妆等。你将无法与最好的人竞争，所以如果你的探测器错过了一些面孔，请不要生气。 祝你好运

【讨论】：

很棒的答案！还有一个问题：负样本的大小必须相同吗？

是的。此外，如果您以给定的分辨率（例如 20x20 像素或 24x24 - 人脸的典型分辨率）训练检测器 - 所有正样本和负样本都必须调整为这个精确的分辨率、相同的格式（通常是灰度级，没有颜色）

是什么意思在下一步中，您可以将每张图像剪切到大约 50,000 个（部分重叠的部分），从而将您的底片数量扩大到 5000 万张。 ? @DanielHsH

假设您有一个大小为 1000x1000 的图像，并且您想将其切割成不重叠的 20X20 像素。您将获得约 2500 张图像。如果您允许在这些 20x20 补丁之间重叠 10 个像素，您将获得约 10,000 块。都是非面子的例子。如果您还允许不同大小的补丁：您可以获得更高的数字。当您拍摄非面孔的照片时，照片本身就是一个反面例子，以及任何裁剪区域。因此，单个图像可以通过裁剪生成许多非人脸示例。