caffe多任务、多标签

  解决的目标问题:多分类问题,比如车辆的外形和颜色,苹果的大小和颜色;多任务:车牌角点的定位和车牌的颜色。定位在技术上属于回归,车牌颜色判断则属于分类。
  
  技术点
  
  caffe默认是单输入任务单标签的,也就是一个样本,其任务只有一个,标签只有一个,比如图片是什么颜色,图片是什么物体。
  
  # ${caffe_src_root}/tools/convert_imageset.cpp 第121行
  
  status = ReadImageToDatum(root_folder + lines[line_id].first,
  
  lines[line_id].second, resize_height, resize_width, is_color,
  
  enc, &datum);
  
  ## 其中 ReadImageToDatum的定义如下 ${caffe_src_root}/include/caffe/util/io.hpp
  
  bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
  
  const int height, const int width, const bool is_color,
  
  const std::string & encoding, Datum* datum);
  
  ## ${caffe_src_root}/src/caffe/util/io.cpp 中的该函数实现,涉及到Datum的定义,需要把Datum定义修改成也要支持多标签
  
  bool ReadImageToDatum(const string& filename, const int label,
  
  const int height, const int width, const bool is_color,
  
  const std::string & encoding, Datum* datum) {
  
  cv::Mat cv_img = ReadImageToCVMat(filename, height, width, is_color);
  
  if (cv_img.data) {
  
  if (encoding.size()) {
  
  if ( (cv_img.channels() == 3) == is_color && !height && !width &&
  
  matchExt(filename, encoding) )
  
  return ReadFileToDatum(filename, label, datum);
  
  std::vector<uchar> buf;
  
  cv::imencode("."+encoding, cv_img, buf);
  
  datum->set_data(std::string(reinterpret_cast<char*>(&buf[0]),
  
  buf.size()));
  
  datum->set_label(label);
  
  datum->set_encoded(true);
  
  return true;
  
  }
  
  CVMatToDatum(cv_img, datum);
  
  datum->set_label(label);
  
  return true;
  
  } else {
  
  return false;
  
  }
  
  }
  
  为了支持多任务,多标签,首先要解决输入问题。比如一个样本 定义如下:
  
  vehicle/1.jpg 0 1
  
  修改源码支持多标签
  
  其中第一个属性是车辆外形,0代表sedian,第二个属性是车身颜色,1代表白色。假如图片是60x60的RGB图像, 如果是单任务多属性输入,一个简单的更改方案是把ReadImageToDatum函数修改成如下定义,并修改相关的实现函数和convert_imageset.cpp
  
  bool ReadImageToDatum(const string& filename, const vector<int> & labels,
  
  const int height, const int width, const bool is_color,
  
  const std::string & encoding, Datum* datum);
  
  faster rcnn采用自定义的python输入层作用训练输入,输入有多个labels,检测目标的roi,其中bbox_targets, bbox_inside_weights, bbox_outside_weights是作为SmoothL1Loss损失函数的输入。自定义python输入层的源码参考 py-faster-rcnn/lib/roi_data_layer/
  
  name: "VGG_ILSVRC_16_layers"
  
  layer {
  
  name: 'data'
  
  type: 'Python'
  
  top: 'data'
  
  top: 'rois'
  
  top: 'labels'
  
  top: 'bbox_targets'
  
  top: 'bbox_inside_www.jiahuayulpt.com weights'
  
  top: 'bbox_outside_weights'
  
  python_param {
  
  module: 'roi_data_www.baohuayule.net/ layer.layer'
  
  layer: 'RoIDataLayer'
  
  param_str: "'num_classes': 21"
  
  }
  
  }
  
  从https://github.com/HolidayXue/CodeSnap/blob/master/convert_multilabel.cpp源码修改,保存到${caffe_root}/tools/convert_multi_label_www.yongshi123.cn imageset.cpp,重新编译caffe工程,在${caffe_root}目录下运行该工具,
  
  .build_release/tools/convert_multi_label_imageset.bin -resize_width=256 -resize_height=256 ~/my\ workspace/bounding-box-tool/mlds/train.list /train-data/vehicle-type-color-dataset/
  
  多数据源输入支持多标签
  
  假设对于HxW的RGB图像,转换成caffe的blob定义上1x3xHxW,对于一个任务的有n个标签,则其blob定义是1xnx1x1,每个任务对应一个blob,???那么可以在在第二维度对两个blob进行拼接???
  
  拼接之后再从第二维度对blob进行切分操作,切分出多个blob,作为每个属性训练任务的输入
  
  拼接之后进行常规的卷积操作,只是在最后的每个任务的损失函数之前的fc层再切分,如下图
  
  训练
  
  参考faster-rcnn的模型,可以看到损失函数是相互独立的,但多了一个weight参数,猜测是caffe在训练时,按下面的公式计算总的损失
  
  Lt = w1*L1 + w2 * L2
  
  faster-rcnn中经过一系列卷积层后,连接了一个ROIPooling层,再接上FC6、FC7层,从最后一个FC7层一分为2,分别接一个cls_score的FC层和名为loss_cls的SoftMaxWithLoss,接bbox_pred的FC层和名为loss_bbox的SmoothL1Loss的回归层
  
  参考:
  
  https://arxiv.org/abs/1604.02878v1
  
  https://kpzhang93.github.io/MTCNN_face_detection_alignment/index.html?from=timeline&isappinstalled=1
  
  https://kpzhang93.github.io/MTCNN_face_www.078886.cn detection_alignment/paper/spl.pdf
  
  https://github.com/happynear/MTCNN_face_detection_alignment
  
  https://github.com/naritapandhe/Gender-Age-Classification-CNN
  
  https://github.com/cunjian/multitask_CNN
  
  https://zhuanlan.zhihu.com/p/22190532
  
  https://github.com/rbgirshick/ www.tiaotiaoylzc.com py-faster-rcnn/blob/master/models/pascal_voc/VGG16/fast_rcnn/train.prototxt
  
  ${caffe_source_root}/examples/pascal-multilabel-with-datalayer.ipynb
  
  http://www.cnblogs.com/yymn/articles/7741741.html
  
  https://yq.aliyun.com/ziliao/572047
  
  https://blog.csdn.net/u013010889/article/details/53098346
  
  caffe网络在线可视化工具: http://www.yongshiyule178.com ethereon.github.io/netscope/#/editor

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