Stacked Hourglass Networks(级联漏斗网络)

姿态估计(Pose Estimation)是 CV 领域一个非常重要的方向,而级联漏斗网络的提出就是为了提升姿态估计的效果,但是其中的经典思想可以扩展到其他方向,比如目标识别方向,代表网络是 CornerNet(预测目标的左上角和右下角点,再进行组合画框)。

CNN 之所以有效,是因为它能自动提取出对分类、检测和识别等任务有帮助的特征,并且随着网络层数的增加,所提取的特征逐渐变得抽象。以人脸识别为例,低层卷积网络能够提取出一些简单的特征,如轮廓;中间卷积网络能够提取出抽象一些的特征,如眼睛鼻子;较高层的卷积网络则能提取出更加抽象的特征,比如完整的人脸。这些将有助于我们理解级联漏斗模型(Stacked Hourglass Model,简称SHM)为什么有效。

做姿态估计,需要预测身体不同的关节点,手臂这种线条简单的结构,可能在中间卷积网络更容易被识别;而面部这种线条复杂的结构,可能在高层卷积网络才更容易被识别。因此,如果我们只使用最后一层的 feature map,就会造成一些信息的丢失。SHN 的主要贡献——利用多尺度特征来识别姿态。

Single Hourglass Network

上图是单个漏斗网络的结构。该结构与全卷积网络和其它设计(以多尺度方式处理空间信息,并进行密集预测)紧密相连。然而漏斗网络与其它设计有什么不同呢?由图可以看出,其自底向上(从高分辨率到低分辨率)处理和自顶向下(从低分辨率到高分辨率)处理之间的容量分布(这里实在不知道怎么翻译。。。)更加对称。另外还有一点需要注意,在自顶向下处理过程中,使用的不是 unpooing(一种常见的上采样操作)或者 deconv layers(可称为去卷积层),而是采用nearest neighbor upsampling(最近邻上采样)和 skip connections。这些操作需要在源码中理解。

Stacked Hourglass Networks

上图是单个漏斗网络后面的一些设计以及两个漏斗网络的连接细节

块1 是上面介绍的单个沙漏网络,在它后面是一个 1$\times\(1 的全卷积网络,即块2;块2 后面分离出上下两个分支(块3 和块4):上分支(块3)依然是一个 1\)\times$1 的全卷积网络,下分支(块4)为 Heat map(下面重点介绍)。块5 是对块4 进行 channal 上的扩增,以方便块3、块5 和 上个漏斗网络的输出进行合并,一起作为当前漏斗网络的输出,同时是下一个漏斗网络的输入。

这里对 Heat map 进行解释:大部分姿态检测的最后一步是对 feature map 上的每个像素做概率预测,计算该像素是某个关节点的概率,而这里的 feature map 就是上面输出的 Heat map。使用它与真值进行误差计算。应用中,如果多个 Hourglass Module 组合在一起进行梯度下降,输出层的误差经过多层反向传播会大幅减小,也就是发生了梯度消失。因此,在整个网络中每个Hourglass Module 后面都会输出 Heat map 来计算损失。这种方法称为 中间监督(Intermediate Supervision),可以保证底层参数正常更新。

之所以使用多个 Stack Hourglass,是为了重复自下而上和自上而下的推理机制,允许重新评估整个图像的初始估计和特征,实现这一过程的核心就是预测中间的 Heat map,并让中间 Heat map 参与 loss 计算。


PyTorch 实现 Model

  1. 首先定义残差网络的基本模块:

    import torch.nn as nn
    
    class HgResBlock(nn.Module):
    
        def __init__(self, inplanes, outplanes, stride=1):
    super(HgResBlock, self).__init__() self.inplanes = inplanes
    self.outplanes = outplanes
    midplanes = outplanes // 2 self.bn_1 = nn.BatchNorm2d(inplanes)
    self.conv_1 = nn.Conv2d(inplanes, midplanes, kernel_size=1, stride=stride)
    self.bn_2 = nn.BatchNorm2d(midplanes)
    self.conv_2 = nn.Conv2d(midplanes, midplanes, kernel_size=3, stride=1, padding=1)
    self.bn_3 = nn.BatchNorm2d(midplanes)
    self.conv_3 = nn.Conv2d(midplanes, outplanes, kernel_size=1, stride=1)
    self.relu = nn.ReLU(inplanes=True)
    if inplanes != outplanes:
    self.conv_skip = nn.Conv2d(inplanes, outplanes, kernel_size=1, stride=1) # Bottle neck
    def forward(self, x):
    residual = x out = self.bn_1(x)
    out = self.conv_1(out)
    out = self.relu(out) out = self.bn_2(out)
    out = self.conv_2(out)
    out = self.relu(out) out = self.bn_3(out)
    out = self.conv_3(out)
    out = self.relu(out) if self.inplanes != self.outplanes:
    residual = self.conv_skip(residual)
    out += residual return out
  2. 定义单个的 Hourglass Module(注意这里用到了递归):

    import torch.nn as nn
    
    class Hourglass(nn.Module):
    
        def __init__(self, depth, nFeat, nModules, resBlocks):
    super(Hourglass, self).__init__() self.depth = depth
    self.nFeat = nFeat
    self.nModules = nModules
    self.resBlocks = resBlocks self.hg = self._make_hourglass()
    self.downsample = nn.MaxPool2d(kernel_size=2, stride=2)
    self.upsample = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='nearest') def _make_residual(self, n):
    return nn.Sequential(*[self.resBlocks(self.nFeat, self.nFeat) for _ in range(n)]) def _make_hourglass(self):
    hg = [] for i in range(self.depth):
    res = [self._make_residual(self.nModules) for _ in range(3)]
    if i == (self.depth - 1):
    res.append(self._make_residual(self.nModules)) # extra one for the middle
    hg.append(nn.ModuleList(res)) return nn.ModuleList(hg) def _hourglass_forward(self, depth_id, x):
    up_1 = self.hg[depth_id][0](x)
    low_1 = self.downsample(x)
    low_1 = self.hg[depth_id][1](low_1) if depth_id == (self.depth - 1):
    low_2 = self.hg[depth_id][3](low_1)
    else:
    low_2 = self._hourglass_forward(depth_id+1, low_1) low_3 = self.hg[depth_id][2](low_2)
    up_2 = self.upsample(low_3) return up_1 + up_2 def forward(self, x):
    return self._hourglass_forward(0, x)
  3. 定义 Stacked Hourglass Network:

    import torch.nn as nn
    
    from Model.HgResBlock import HgResBlock
    from Model.SingleHourglass import Hourglass class HourglassNet(nn.Module): def __init__(self, nStacks, nModules, nFeat, nClasses, resBlock=HgResBlock, inplanes=3):
    super(HourglassNet, self).__init__() self.nStacks = nStacks
    self.nModules = nModules
    self.nFeat = nFeat
    self.nClasses = nClasses
    self.resBlock = resBlock
    self.inplanes = inplanes hg, res, fc, score, fc_, score_ = [], [], [], [], [], [] for i in range(nStacks):
    hg.append(Hourglass(depth=4, nFeat=nFeat, nModules=nModules, resBlocks=resBlock))
    res.append(self._make_residual(nModules))
    fc.append(self._make_fc(nFeat, nFeat))
    score.append(nn.Conv2d(nFeat, nClasses, kernel_size=1))
    if i < (nStacks - 1):
    fc_.append(nn.Conv2d(nFeat, nFeat, kernel_size=1))
    score_.append(nn.Conv2d(nClasses, nFeat, kernel_size=1)) self.hg = nn.ModuleList(hg)
    self.res = nn.ModuleList(res)
    self.fc = nn.ModuleList(fc)
    self.score = nn.ModuleList(score)
    self.fc_ = nn.ModuleList(fc_)
    self.score_ = nn.ModuleList(score_) def _make_head(self):
    self.conv_1 = nn.Conv2d(self.inplanes, 64, kernel_size=7, stride=2, padding=3)
    self.bn_1 = nn.BatchNorm2d(64)
    self.relu = nn.ReLU(inplace=True) self.res_1 = self.resBlock(64, 128)
    self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2)
    self.res_2 = self.resBlock(128, 128)
    self.res_3 = self.resBlock(128, self.nFeat) def _make_residual(self, n):
    return nn.Sequential(*[self.resBlock(self.nFeat, self.nFeat) for _ in range(n)]) def _make_fc(self, inplanes, outplanes):
    return nn.Sequential(
    nn.Conv2d(inplanes, outplanes, kernel_size=1),
    nn.BatchNorm2d(outplanes),
    nn.ReLU(True)) def forward(self, x):
    # head
    x = self.conv_1(x)
    x = self.bn_1(x)
    x = self.relu(x) x = self.res_1(x)
    x = self.pool(x)
    x = self.res_2(x)
    x = self.res_3(x) out = [] for i in range(self.nStacks):
    y = self.hg[i](x)
    y = self.res[i](y)
    y = self.fc[i](y)
    score = self.score[i](y)
    out.append(score)
    if i < (self.nStacks - 1):
    fc_ = self.fc_[i](y)
    score_ = self.score_[i](score)
    x = x + fc_ + score_ return out

References:

​ [1] Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation

​ [2] [hourglass pytorch 实现]

(https://blog.csdn.net/github_36923418/article/details/81030883)

【语义分割】Stacked Hourglass Networks 以及 PyTorch 实现的更多相关文章

  1. 论文阅读理解 - Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation

    http://blog.csdn.net/zziahgf/article/details/72732220 keywords 人体姿态估计 Human Pose Estimation 给定单张RGB图 ...

  2. 论文笔记 Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation

     Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation key words:人体姿态估计 Human Pose Estimation 给定单张RGB ...

  3. PyTorch中的MIT ADE20K数据集的语义分割

    PyTorch中的MIT ADE20K数据集的语义分割 代码地址:https://github.com/CSAILVision/semantic-segmentation-pytorch Semant ...

  4. 使用LabVIEW实现基于pytorch的DeepLabv3图像语义分割

    前言 今天我们一起来看一下如何使用LabVIEW实现语义分割. 一.什么是语义分割 图像语义分割(semantic segmentation),从字面意思上理解就是让计算机根据图像的语义来进行分割,例 ...

  5. 【Semantic segmentation Overview】一文概览主要语义分割网络(转)

    文章来源:https://www.tinymind.cn/articles/410 本文来自 CSDN 网站,译者蓝三金 图像的语义分割是将输入图像中的每个像素分配一个语义类别,以得到像素化的密集分类 ...

  6. 语义分割丨PSPNet源码解析「训练阶段」

    引言 之前一段时间在参与语义分割的项目,最近有时间了,正好把这段时间的所学总结一下. 在代码上,语义分割的框架会比目标检测简单很多,但其中也涉及了很多细节.在这篇文章中,我以PSPNet为例,解读一下 ...

  7. caffe初步实践---------使用训练好的模型完成语义分割任务

    caffe刚刚安装配置结束,乘热打铁! (一)环境准备 前面我有两篇文章写到caffe的搭建,第一篇cpu only ,第二篇是在服务器上搭建的,其中第二篇因为硬件环境更佳我们的步骤稍显复杂.其实,第 ...

  8. 笔记︱图像语义分割(FCN、CRF、MRF)、论文延伸(Pixel Objectness、)

    图像语义分割的意思就是机器自动分割并识别出图像中的内容,我的理解是抠图- 之前在Faster R-CNN中借用了RPN(region proposal network)选择候选框,但是仅仅是候选框,那 ...

  9. 笔记:基于DCNN的图像语义分割综述

    写在前面:一篇魏云超博士的综述论文,完整题目为<基于DCNN的图像语义分割综述>,在这里选择性摘抄和理解,以加深自己印象,同时达到对近年来图像语义分割历史学习和了解的目的,博古才能通今!感 ...

随机推荐

  1. 观察者模式Vs发布订阅模式

    1)观察者模式 观察者模式通俗的讲就是我们平事件调用(click/change等等) 大家先看这个图片.我们被观察者Subject(监听某个事件)发生改变时,观察者Observer监听到没改变做出调整 ...

  2. [译]Vulkan教程(31)加载模型

    [译]Vulkan教程(31)加载模型 Loading models 加载模型 Introduction 入门 Your program is now ready to render textured ...

  3. python强大的绘图模块matplotlib示例讲解

    Matplotlib 是 Python 的绘图库.作为程序员,经常需要进行绘图,在我自己的工作中,如果需要绘图,一般都是将数据导入到excel中,然后通过excel生成图表,这样操作起来还是比较繁琐的 ...

  4. [C++]Game模板-正面视角

    前言 本来是想打一个小游戏的-- 可是打到一半思路断了-- 只打出了模板--先把模板拿出来放着 Code //head #include <iostream> #include <c ...

  5. Gerrit常见命令及最佳实践

    概述 本文记录了笔者在使用Gerrit(一种免费.开放源代码的代码审查软件)过程中的一些微小的经验,在这里做个简单的分享. 克隆工程 git clone ssh://tusi@xx.xx.cn:294 ...

  6. linux远程登入/远程上传文件

    一.远程登入 1.安装 Xshell5 2.查看是否具备连接 在linux 主机上输入 chkconfig --list | grep sshd #sshd 0:关闭 1:关闭 2:启用 3:启用 4 ...

  7. openstack 搭建

    #所有节点修改ip,主机名和hosts解析 controller 10.0.0.11 controller compute1 10.0.0.31 compute1 #所有节点准备本地repo源 rm ...

  8. arcgis api 4.x for js 图层拓展篇之mapvLayer(附源码下载)

    因为在项目开发过程中,使用的arcgis js api版本是4.7,并不能支持客户端渲染热力图,想到arcgis js api 4.x的渲染是基于canvas,故琢磨着是否能借助类似于mapV.ech ...

  9. iOS中计算字符串NSString的高度

    根据固定宽度计算字符串高度: NSString *info = @"但是公司的高度是广东省公司的广东省高速度来开个大帅哥多撒谎个爱好就跟他说噶三公司噶是的刚好是我哥如果黑暗如果坏都干撒降低公 ...

  10. angularjs路由传值$routeParams

    AngularJS利用路由传值, 1.导包 <script src="angular.min.js"></script> <script src=&q ...