使用Faster-Rcnn进行目标检测(实践篇)转载
原
文链接:http://blog.csdn.net/gavin__zhou/article/details/52052915
原理
上一篇文章,已经说过了,大家可以参考一下,Faster-Rcnn进行目标检测(原理篇)
实验
我使用的代码是Python版本的Faster Rcnn
,官方也有Matlab
版本的,链接如下:
环境配置
按照官方的README
进行配置就好,不过在这之前大家还是看下硬件要求吧
For training smaller networks (ZF, VGG_CNN_M_1024) a good GPU (e.g., Titan, K20, K40, …) with at least 3G of memory suffices
For training Fast R-CNN with VGG16, you’ll need a K40 (~11G of memory)
For training the end-to-end version of Faster R-CNN with VGG16, 3G of GPU memory is sufficient (using CUDNN)
我的是环境是Ubuntu 14.04 + Titan X(12GB) + cuda 7.0 + cudnn V3
1 Caffe
环境配置
Caffe环境需要python layer的支持,在你的Caffe的Makefile.config
中去掉以下的注释
- WITH_PYTHON_LAYER := 1
- USE_CUDNN := 1
2 安装python库依赖
cython
,python-OpenCV
和easydict
pip install cython
pip install python-opencv
pip install easydict
3 克隆py-faster-rcnn
源代码
git clone --recursive https://github.com/rbgirshick/py-faster-rcnn.git
4 编译cython
模块
cd $FRCN_ROOT/lib
make
5 编译Caffe
和pycaffe
cd $FRCN_ROOT/caffe-fast-rcnn
make -j8 && make pycaffe
-j8的选项是进行多核编译,可以加速编译过程,推荐使用
数据集
参考VOC2007
的数据集格式,主要包括三个部分:
JPEGImages
Annotations
ImageSets/Main
JPEGImages
—> 存放你用来训练的原始图像
Annotations
—> 存放原始图像中的Object的坐标信息,XML格式
ImageSets/Main
—> 指定用来train,trainval,val和test的图片的编号
这部分非常重要,数据集做不好直接导致代码出现异常,无法运行,或者出现奇怪的错误,我也是掉进了很多坑,爬上来之后才写的这篇博客,希望大家不要趟我趟过的浑水!每一个部分我都会细说的!
JPEGImages
这个没什么,直接把你的图片放入就可以了,但是有三点注意:
编号要以6为数字命名,例如000034.jpg
图片要是JPEG/JPG格式的,PNG之类的需要自己转换下
图片的长宽比(width/height)要在0.462-6.828之间,就是太过
瘦长
的图片不要
0.462-6.828是我自己实验得出来的,就我的数据集而言是这个比例,总之长宽比太大或者太小的,你要注意将其剔除,否则可能会出现下面我实验时候出的错:
Traceback (most recent call last):
File “/usr/lib/python2.7/multiprocessing/process.py”, line 258, in _bootstrap
self.run()
File “/usr/lib/python2.7/multiprocessing/process.py”, line 114, in run
self._target(*self._args, **self._kwargs)
File “./tools/train_faster_rcnn_alt_opt.py”, line 130, in train_rpn
max_iters=max_iters)
File “/home/work-station/zx/py-faster-rcnn/tools/../lib/fast_rcnn/train.py”, line 160, in train_net
model_paths = sw.train_model(max_iters)
File “/home/work-station/zx/py-faster-rcnn/tools/../lib/fast_rcnn/train.py”, line 101, in train_model
self.solver.step(1)
File “/home/work-station/zx/py-faster-rcnn/tools/../lib/rpn/anchor_target_layer.py”, line 137, in forward
gt_argmax_overlaps = overlaps.argmax(axis=0)
ValueError: attempt to get argmax of an empty sequence
Google给出的原因是 Because the ratio of images width and heights is too small or large,这个非常重要
Annotations
faster rcnn
训练需要图像的bounding box
信息作为监督(ground truth),所以你需要将你的所有可能的object使用框标注,并写上坐标,最终是一个XML格式的文件,一个训练图片对应Annotations下的一个同名的XML文件
参考官方VOC的Annotations的格式:
<annotation>
<folder>VOC2007</folder> #数据集文件夹
<filename>000105.jpg</filename> #图片的name
<source> #注释信息,无所谓有无
<database>The VOC2007 Database</database>
<annotation>PASCAL VOC2007</annotation>
<image>flickr</image>
<flickrid>321862192</flickrid>
</source>
<owner> #注释信息,无所谓有无
<flickrid>Eric T. Johnson</flickrid>
<name>?</name>
</owner>
<size> #图片大小
<width>500</width>
<height>333</height>
<depth>3</depth>
</size>
<segmented>0</segmented>
<object> #多少个框就有多少个object标签
<name>boat</name> #bounding box中的object的class name
<pose>Frontal</pose>
<truncated>1</truncated>
<difficult>0</difficult>
<bndbox>
<xmin>22</xmin> #框的坐标
<ymin>1</ymin>
<xmax>320</xmax>
<ymax>314</ymax>
</bndbox>
</object>
<object>
<name>person</name>
<pose>Frontal</pose>
<truncated>1</truncated>
<difficult>0</difficult>
<bndbox>
<xmin>202</xmin>
<ymin>71</ymin>
<xmax>295</xmax>
<ymax>215</ymax>
</bndbox>
</object>
<object>
<name>person</name>
<pose>Frontal</pose>
<truncated>1</truncated>
<difficult>0</difficult>
<bndbox>
<xmin>170</xmin>
<ymin>107</ymin>
<xmax>239</xmax>
<ymax>206</ymax>
</bndbox>
</object>
</annotation>
这里有一个非常好用的工具VOC框图工具,可以自动帮你生成需要的XML格式,实际中发现格式基本无误,只有小的地方需要改动下,大家对比下就知道怎么改了,我是在Linux下借助sed
修改的,这个不难
Imagesets/Main
因为VOC的数据集可以做很多的CV任务,比如Object detection, Semantic segementation, Edge detection等,所以Imageset下有几个子文件夹(Layout, Main, Segementation),我们只要修改下Main下的文件就可以了(train.txt
, trainval.txt
, val.txt
, test.txt
),里面写上你想要进行任务的图片的编号
将上述你的数据集放在py-faster-rcnn/data/VOCdevkit2007/VOC2007
下面,替换原始VOC2007的JPEGIMages
,Imagesets
,Annotations
原始VOC2007下载地址: VOC20007数据集
代码修改
工程目录介绍
caffe-fast-rcnn —> caffe框架
data —> 存放数据,以及读取文件的cache
experiments —>存放配置文件以及运行的log文件,配置文件
lib —> python接口
models —> 三种模型, ZF(S)/VGG1024(M)/VGG16(L)
output —> 输出的model存放的位置,不训练此文件夹没有
tools —> 训练和测试的python文件
修改源文件
faster rcnn
有两种各种训练方式:
Alternative training(alt-opt)
Approximate joint training(end-to-end)
推荐使用第二种,因为第二种使用的显存更小,而且训练会更快,同时准确率差不多,两种方式需要修改的代码是不一样的,同时faster rcnn提供了三种训练模型,小型的ZF
model,中型的VGG_CNN_M_1024
和大型的VGG16
,论文中说VGG16效果比其他两个好,但是同时占用更大的GPU显存(~11GB)
我使用的是VGG model + alternative training,需要检测的类别只有一类,加上背景所以总共是两类(background + captcha)
1 py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/stage1_fast_rcnn_train.pt
layer {
name: 'data'
type: 'Python'
top: 'data'
top: 'rois'
top: 'labels'
top: 'bbox_targets'
top: 'bbox_inside_weights'
top: 'bbox_outside_weights'
python_param {
module: 'roi_data_layer.layer'
layer: 'RoIDataLayer'
param_str: "'num_classes': 2" #按训练集类别改,该值为类别数+1
}
}
layer {
name: "cls_score"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "cls_score"
param {
lr_mult: 1.0
}
param {
lr_mult: 2.0
}
inner_product_param {
num_output: 2 #按训练集类别改,该值为类别数+1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "bbox_pred"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "bbox_pred"
param {
lr_mult: 1.0
}
param {
lr_mult: 2.0
}
inner_product_param {
num_output: 8 #按训练集类别改,该值为(类别数+1)*4,四个顶点坐标
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.001
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
2 py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/stage1_rpn_train.pt
layer {
name: 'input-data'
type: 'Python'
top: 'data'
top: 'im_info'
top: 'gt_boxes'
python_param {
module: 'roi_data_layer.layer'
layer: 'RoIDataLayer'
param_str: "'num_classes': 2" #按训练集类别改,该值为类别数+1
}
}
3 py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/stage2_fast_rcnn_train.pt
layer {
name: 'data'
type: 'Python'
top: 'data'
top: 'rois'
top: 'labels'
top: 'bbox_targets'
top: 'bbox_inside_weights'
top: 'bbox_outside_weights'
python_param {
module: 'roi_data_layer.layer'
layer: 'RoIDataLayer'
param_str: "'num_classes': 2" #按训练集类别改,该值为类别数+1
}
}
layer {
name: "cls_score"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "cls_score"
param {
lr_mult: 1.0
}
param {
lr_mult: 2.0
}
inner_product_param {
num_output: 2 #按训练集类别改,该值为类别数+1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "bbox_pred"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "bbox_pred"
param {
lr_mult: 1.0
}
param {
lr_mult: 2.0
}
inner_product_param {
num_output: 8 #按训练集类别改,该值为(类别数+1)*4,四个顶点坐标
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.001
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
4 py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/stage2_rpn_train.pt
layer {
name: 'input-data'
type: 'Python'
top: 'data'
top: 'im_info'
top: 'gt_boxes'
python_param {
module: 'roi_data_layer.layer'
layer: 'RoIDataLayer'
param_str: "'num_classes': 2" #按训练集类别改,该值为类别数+1
}
}
5 py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/faster_rcnn_test.pt
layer {
name: "cls_score"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "cls_score"
inner_product_param {
num_output: 2 #按训练集类别改,该值为类别数+1
}
}
layer {
name: "bbox_pred"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "bbox_pred"
inner_product_param {
num_output: 8 #按训练集类别改,该值为(类别数+1)*4,四个顶点坐标
}
}
6 py-faster-rcnn/lib/datasets/pascal_voc.py
class pascal_voc(imdb):
def __init__(self, image_set, year, devkit_path=None):
imdb.__init__(self, 'voc_' + year + '_' + image_set)
self._year = year
self._image_set = image_set
self._devkit_path = self._get_default_path() if devkit_path is None \
else devkit_path
self._data_path = os.path.join(self._devkit_path, 'VOC' + self._year)
self._classes = ('__background__', # always index 0
captcha' # 有几个类别此处就写几个,我是两个
)
line 212
cls = self._class_to_ind[obj.find('name').text.lower().strip()]
如果你的标签含有大写字母,可能会出现KeyError的错误,所以建议全部使用小写字母
7 py-faster-rcnn/lib/datasets/imdb.py
将append_flipped_images函数改为如下形式:
def append_flipped_images(self):
num_images = self.num_images
widths = [PIL.Image.open(self.image_path_at(i)).size[0]
for i in xrange(num_images)]
for i in xrange(num_images):
boxes = self.roidb[i]['boxes'].copy()
oldx1 = boxes[:, 0].copy()
oldx2 = boxes[:, 2].copy()
boxes[:, 0] = widths[i] - oldx2 - 1
print boxes[:, 0]
boxes[:, 2] = widths[i] - oldx1 - 1
print boxes[:, 0]
assert (boxes[:, 2] >= boxes[:, 0]).all()
entry = {'boxes' : boxes,
'gt_overlaps' : self.roidb[i]['gt_overlaps'],
'gt_classes' : self.roidb[i]['gt_classes'],
'flipped' : True}
self.roidb.append(entry)
self._image_index = self._image_index * 2
到此代码修改就搞定了
训练
训练前还需要注意几个地方
1 cache问题
假如你之前训练了官方的VOC2007的数据集或其他的数据集,是会产生cache的问题的,建议在重新训练新的数据之前将其删除
(1) py-faster-rcnn/output
(2) py-faster-rcnn/data/cache
2 训练参数
py-faster-rcnn/models/pascal_voc/VGG16/faster_rcnn_alt_opt/stage_fast_rcnn_solver*.pt
base_lr: 0.001
lr_policy: 'step'
step_size: 30000
display: 20
....
迭代次数在文件py-faster-rcnn/tools/train_faster_rcnn_alt_opt.py
中进行修改
line 80
max_iters = [80000, 40000, 80000, 40000]
分别对应rpn第1阶段,fast rcnn第1阶段,rpn第2阶段,fast rcnn第2阶段的迭代次数,自己修改即可,不过注意这里的值不要小于上面的solver里面的step_size的大小,大家自己修改吧
开始训练:
cd py-faster-rcnn
./experiments/scripts/faster_rcnn_alt_opt.sh 0 VGG16 pascal_voc
指明使用第一块GPU(0),模型是VGG16,训练数据是pascal_voc(voc2007),没问题的话应该可以迭代训练了
结果
训练完毕,得到我们的训练模型,我们就可以使用它来进行我们的object detection了,具体是:
1 将py-faster-rcnn/output/faster_rcnn_alt_opt/voc_2007_trainval/VGG16_faster_rcnn_final.caffemodel
,拷贝到py-faster-rcnn/data/faster_rcnn_models
下
2 将你需要进行test的images放在py-faster-rcnn/data/demo
下
3 修改py-faster-rcnn/tools/demo.py
文件
CLASSES = ('_background_', 'captcha') #参考你自己的类别写
NETS = {'vgg16': ('VGG16',
'VGG16_faster_rcnn_final.caffemodel'), #改成你训练得到的model的name
'zf': ('ZF',
'ZF_faster_rcnn_final.caffemodel')
}
im_names = ['1559.jpg','1564.jpg'] # 改成自己的test image的name
上几张我的检测结果吧
参考
https://www.zhihu.com/question/57091642
链接:https://www.zhihu.com/question/57091642/answer/165134753
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
1. 制作数据集
程序/工具:VOC2007文件夹、labelImg
处理流程:图像重命名为6位数字,使用labelImg工具标定,根据xml生成四个txt(train.txt、val.txt、test.txt、trainval.txt),将jpg、xml、txt等文件按照逻辑图所示位置存放
2. 修改网络文件
VGG16的Train.prototxt
Line:11
Line 530:num_classes:”3‘’修改成 损伤类型数目+1(背景算一类)
Line 620:num_output 修改同上
Line 643:num_output: 12 此处数字应为 (损伤类别数+1)*4 “4”是指bbox的四个角
Lib/datasets/pascal_voc.py 修改line 31
VGG16的Test.prototxt
line567
line592
ZF的Train.prototxt
line11
line364
line444
line463
ZF的Test.prototxt
line352
line361
3. 运行程序
参考链接:http://blog.csdn.net/samylee/article/details/51099508
终端访问py-faster-rcnn目录,输入以下命令:
- ./experiments/scripts/faster_rcnn_alt_opt.sh 0 ZF pascal_voc
./experiments/scripts/faster_rcnn_end2end.sh 0 VGG16 pascal_voc
迭代次数在faster rcnnend2end.sh中修改
0表示使用GPU 0运行程序,可修改;VGG16表示使用的网络
3.训练自己的数据
1. 修改prototxt配置文件
这些配置文件都在models下的pascal_voc下。里面有三种网络结构:ZF、VGG16、VGG_CNN_M_1024,本文选择的是VGG_CNN_M_1024 。每个网络结构中都有三个文件夹,分别是faster_rcnn_end2end、faster_rcnn_alt_opt、faster_rcnn。使用近似联合训练,比交替优化快1.5倍,但是准确率相近,所以推荐使用这种方法。更改faster_rcnn_end2end文件夹下的train.prototxt和test.prototxt,train中需要更改的地方有三处,
第一处是input-data层,将原先的21改成:你的实际类别数+1(背景),我目标检测一共有46类,所以加上背景这一类,一共47类。
第二处是cls_score层
第三处是bbox_pred,这里需将原来的84改成(你的类别数+1)4,即(46+1)4=188
test.prototxt中没有input-data层,所以只需按照train中的修改cls_score层以及bbox_pred层即可
2. 修改lib/datasets/pascal_voc.py,将类别改成自己的类别
这里有一个注意点就是,这里的类别以及你之前的类别名称最好是全部小写,假如是大写的话,则会报keyError的错误,这时只需要在pascal_voc。py中第218行的lower去掉即可
datasets目录下主要有三个文件,分别是
(1) factory.py:这是一个工厂类,用类生成imdb类并且返回数据库供网络训练和测试使用;
(2) imdb.py:是数据库读写类的基类,封装了许多db的操作;
(3) pascl_voc.pyRoss用这个类来操作
3. 修改py-faster-rcnn/lib/datasets/imdb.py
在使用自己的数据进行训练时,假如你的数据集中的图片没有统一整理过就会报 assert(boxes[:,2] >= boxes[:,0]).all() 这个错误,故需在imdb.py中加入如下几行
4. 开始训练
cd py-faster-rcnn
./experiments/scripts/faster_rcnn_end2end.sh 0 VGG_CNN_M_1024 pascal_voc
由于训练过程太长,可以将训练过程产生的输出定向输入到log文件中,这样可方便查看。只需在上述命令中加入定向输入的命令即可,如下:
./experiments/scripts/faster_rcnn_end2end.sh 0 VGG_CNN_M_1024 pascal_voc > /home/lby/log/clothdirector.log 2>&1
!!!训练前需要将cache中的pki文件以及VOCdevkit2007中annotations_cache的缓存删掉。
训练过程中会遇到的问题
- roidb[i][‘image’] = imdb.image_path_at(i)
IndexError: list index out of range
解决方法:删除data/cache里面的pki文件
注意:不管在训练过程中遇到什么问题,修正过后,重新训练之前都需要将cache中的pki文件删除之后再重新运行, - R = [obj for obj in recs[imagename] if obj[‘name’] == classname]
KeyError: ‘0000001’
这是在测试时出现错误,删掉VOCdevkit2007中annotations_cache的缓存
4.测试结果
训练完成之后,将output中的最终模型拷贝到data/faster_rcnn_models,修改tools下的demo.py,我是使用VGG_CNN_M_1024这个中型网络,不是默认的ZF,所以要改的地方挺多
1. 修改class
1 |
CLASSES = ('__background__', |
2. 增加你自己训练的模型
1 |
NETS = {'vgg16': ('VGG16', |
3. 修改prototxt,如果你用的是ZF,就不用改了
1 |
prototxt = os.path.join(cfg.MODELS_DIR, NETS[args.demo_net][0], |
4. 开始检测
执行 ./tools/demo.py –net myvgg1024
假如不想那么麻烦输入参数,可以在demo的parse_args()里修改默认参数
parser.add_argument(‘–net’, dest=’demo_net’, help=’Network to use [myvgg1024]’,
choices=NETS.keys(), default=’myvgg1024’)
这样只需要输入 ./tools/demo.py 就可以了
检测结果:
遇到的问题
- Cannot copy param 0 weights from layer“”:已放弃(核心已转储)
没有修改prototxt,详情请见第3步 Makefile:2: recipe for target ‘all’ failed
Traceback (most recent call last):
File “setup.py”, line 59, in
CUDA = locate_cuda()
File “setup.py”, line 56, in locate_cuda
raise EnvironmentError(‘The CUDA %s path could not be located in %s’ % (k, v))
EnvironmentError: The CUDA lib64 path could not be located in /usr/lib64
Makefile:2: recipe for target ‘all’ failed
解决方法:打开 setup.py,把lib64改为libcudaconfig = {‘home’:home, ‘nvcc’:nvcc,
'include': pjoin(home, 'include'),
'lib64': pjoin(home, 'lib')}
make error:command ‘/usr/local/bin/nvcc’ failed with exit status 1
添加 export PATH=/usr/local/cuda/bin:”$PATH” 到你的 ~/.bashrc
9.测试
将训练得到的py-faster-rcnn\output\faster_rcnn_alt_opt\***_trainval中ZF的caffemodel拷贝至py-faster-rcnn\data\faster_rcnn_models(如果没有这个文件夹,就新建一个),然后,修改:
py-faster-rcnn\tools\demo.py,主要修改:
- CLASSES = ('__background__',
- '你的标签1', '你的标签2', '你的标签3', '你的标签4')
改成你的数据集标签;
- NETS = {'vgg16': ('VGG16',
- 'VGG16_faster_rcnn_final.caffemodel'),
- 'zf': ('ZF',
- 'ZF_faster_rcnn_final.caffemodel')}
上面ZF的caffemodel改成你的caffemodel。
- im_names = ['1559.jpg','1564.jpg']
改成你的测试图片。(测试图片放在py-faster-rcnn\data\demo中)
10.结果
在py-faster-rcnn下,
执行:
- ./tools/demo.py --net zf
或者将默认的模型改为zf:
- parser.add_argument('--net', dest='demo_net', help='Network to use [vgg16]',
- choices=NETS.keys(), default='vgg16')
修改:
- default='zf'
执行:
./tools/demo.py
faster rcnn运行自带Demo出现Unknown layer type错误解决
faster rcnn配置好之后运行 ./tools/demo.py出现如下错误:: Check failed: registry.count(type) == 1 (0 vs. 1) Unknown layer type: Python
两种可能:
1.makefile 文件下LIBRARIES += opencv_core opencv_highgui opencv_imgproc opencv_imgcodecs没有加上
2.makefile.config 文件下WITH_PYTHON_LAYER := 1的注释没去掉
/home/ryan/py-faster-rcnn/caffe-fast-rcnn
make -j16 && make pycaffe
Traceback (most recent call last):
File "./tools/demo.py", line 187, in
demo(net, im_name)
File "./tools/demo.py", line 124, in demo
cls_scores = scores[:, cls_ind]
IndexError: index 2 is out of bounds for axis 1 with size 2
Looks like you are using 66 classes. Have you modified your prototxt (.pt) files to represent this? You should change the num_classes parameter, and possibly others. I apologize as I have not worked with the alt opt model.
因为,模型中的类的数量与demo中CLASS的数量不匹配。把CLASS的类别按模型定义的结果该好即可。
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