faster rcnn

以下是对这篇文章精华部分的理解,随手记得,备忘而已,不适合新手来看,没有插图,但是语言表述个人认为已经很清楚了

在卷积特征图上进行如下操作,每个滑动窗的位置(中心),同时预测k个region proposals,所以之后的两个分支网络cls layer和reg layer分别产生2k和4k的输出。2k中的2是指每个region proposal被判断为是目标和不是目标的两个分数(这两个分数加起来应该为一吧),4k中的4指的就是每个region proposal的坐标值(左上角横、纵,width、hight?),作者取了9个锚盒作为每一个滑动窗位置(中心)的region proposal。因此,如果卷积特征大小是W*H,那总共就会有WHk个锚盒。

作者的锚盒可以看作是用锚盒金字塔代替了图片金字塔和滤波器金字塔

因此,作者的模型就是根据这些锚盒进行后面的bbox回归(给目标定位)和分类(给目标判类别)的。

LOSS FUNCTION

为了训练RPN,给每一个锚盒分配一个二分类标签(是否是目标),分配方法是根据锚盒与GT的IOU分配正负标签,具体很简单,就是个阈值划分,略。损失函数分为两部分,一部分训练分类分支cls layer,另一部分训练回归bbox分支reg layer,注意,reg layer的输出不是一个bbox的坐标值,而是k个bbox的坐标值,也就是说,它为每一个锚盒都生成了一个bbox用于后面的训练,用这两个分支的输出与前面被分配标签的锚盒的分数(正例为1,负例为0)和GT坐标作损失。其实也就是将GT的信息分散在了一个个具体的锚盒上面,怎么分散的得看代码

上面说到reg layer的输出用于后面的训练,其实它并不是简单的用输出的bbox的四个坐标值进行的损失值的计算,而是将输出的bbox坐标、对应锚盒的坐标(为什么是对应的,因为刚才说了它给每一个锚盒都生成了一个bbox嘛)进行了一个融合——产生4个值(作为网络输出值),将GT坐标、对应锚盒坐标进行融合——产生4个值(作为真实值),用这两组值计算reg layer部分的损失值,其目的就是在减小reg layer的损失值的同时,这两组值也就近似相同了,也就是说reg layer输出的bbox与GT越来越近了,多好。用锚盒做了一个过渡,锚盒作为桥梁。

训练RPN

一张图片产生许多mini-batch,从一幅图片中随机选取256个锚盒去计算损失,选取的时候正负锚盒比例为1:1,看代码。

下来是fast rcnn和RPN怎么一起训练的问题,作者提了三个方法,感觉其实就是联合训练嘛,分开训,又一起训。

下来是一些细节,在程序里都看得到。

Faster R-CNN 是 R-CNN 和 Fast R-CNN 的进一步改进算法,采用全卷积网络(Fully Convolutional Network, FCN)思想,通过将目标检测任务分为区域提议和区域检测两个子任务,实现了速度和准确性之间的平衡[^1][^2]。 ### 原理 Faster R-CNN 的核心在于引入了区域提议网络(Region Proposal Network, RPN)来生成候选区域,取代了传统的外部算法(如 R-CNN)或 Selective Search(如 Fast R-CNN),从而大幅提高了检测速度。其工作流程如下: 1. **特征提取**:使用预训练的卷积神经网络(如 ResNet、VGG 等)对输入图像进行特征提取,得到特征图。 2. **区域提议网络(RPN)**:在特征图上滑动一个小窗口,对每个窗口位置生成多个不同尺度和长宽比的锚框(Anchors)。RPN 对每个锚框进行二分类(前景或背景)和边界框回归,筛选出可能包含目标的候选区域。 3. **感兴趣区域池化(RoI Pooling)**:将 RPN 生成的候选区域投影到特征图上,并进行池化操作,将不同大小的候选区域转换为固定大小的特征向量。 4. **分类与回归**:使用全连接层对 RoI Pooling 输出的特征向量进行分类和边界框回归,确定每个候选区域的具体类别和精确位置。 ### 使用方法 使用 Faster R-CNN 通常需要以下步骤: 1. **数据准备**:收集和标注包含目标的图像数据集,将图像和对应的标签(类别和边界框坐标)整理成合适的格式。 2. **模型训练**:使用准备好的数据集对 Faster R-CNN 模型进行训练。训练过程包括训练 RPN 网络和整个 Faster R-CNN 网络,通常需要调整超参数以获得最佳性能。 3. **模型评估**:使用测试数据集对训练好的模型进行评估,计算准确率、召回率等指标,评估模型的性能。 4. **模型部署**:将训练好的模型部署到实际应用中,对新的图像进行目标检测。 ### 应用场景 Faster R-CNN 在许多领域都有广泛的应用,包括但不限于: 1. **安防监控**:在监控视频中实时检测和识别人员、车辆、物体等目标,实现异常行为预警和安全监控。 2. **自动驾驶**:检测道路上的交通标志、车辆、行人等目标,为自动驾驶决策提供重要信息。 3. **智能交通**:对交通流量进行监测和分析,实现交通拥堵预警和智能交通管理。 4. **工业检测**:在工业生产线上检测产品的缺陷、尺寸等信息,提高产品质量和生产效率。 5. **医学影像分析**:在医学影像中检测和识别病变区域,辅助医生进行疾病诊断。 ### 代码示例 以下是一个使用 PyTorch 实现 Faster R-CNN 目标检测的简单示例: ```python import torch import torchvision from torchvision.models.detection import fasterrcnn_resnet50_fpn from torchvision.transforms import functional as F # 加载预训练的 Faster R-CNN 模型 model = fasterrcnn_resnet50_fpn(pretrained=True) model.eval() # 加载图像 image = torchvision.io.read_image('path/to/your/image.jpg') image = F.convert_image_dtype(image, torch.float) image = image.unsqueeze(0) # 进行目标检测 with torch.no_grad(): predictions = model(image) # 输出检测结果 boxes = predictions[0]['boxes'] labels = predictions[0]['labels'] scores = predictions[0]['scores'] # 筛选出置信度大于 0.5 的检测结果 threshold = 0.5 keep = scores > threshold boxes = boxes[keep] labels = labels[keep] scores = scores[keep] print(f"检测到 {len(boxes)} 个目标:") for i in range(len(boxes)): print(f"目标 {i+1}:类别 {labels[i]},置信度 {scores[i]},边界框 {boxes[i]}") ```
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