win10 下的YOLOv3 訓練 wider_face 資料集檢測人臉

Assist發表於2019-06-27

1、資料集下載

（1）wider_face 資料集網址為 http://shuoyang1213.me/WIDERFACE/index.html

　　下載以上幾項檔案（這裡推薦 google Drive 百度雲在沒有會員的情況下，下載太慢）

（2）將檔案解壓到各自獨立的資料夾

2、資料集簡介

　　WIDER FACE 資料集是一個人臉檢測基準（benchmark）資料集，圖片選取自 WIDER（Web Image Dataset for Event Recognition）資料集。圖片數 32,203 張，人臉數 393,703 個，在大小（scale）、位置（pose）、遮擋（occlusion）等不同形式中，人臉是高度變換的。WIDER FACE 資料集是基於61個事件類別，每個事件類別，隨機選取訓練40%、驗證10%、測試50%。訓練和測試含有邊框（bounding box）真值（ground truth），而驗證不含。

　　這裡主要使用訓練集和驗證集，他們對應的標籤檔案分別為 wider_face_split/wider_face_train_bbx_gt.txt 和 wider_face_split/wider_face_val_bbx_gt.txt

　　在 wider_face_train_bbx_gt.txt 檔案中

　　資料如下所示：

0--Parade/0_Parade_marchingband_1_849.jpg
1
449 330 122 149 0 0 0 0 0 0

　　第一行代表圖片路徑

　　第二行是圖片中目標個數（人臉個數）

　　第三行是具體的圖片中人臉標註的相關引數（具體含義可以在 readme.txt 中看到）

　從左到右的含義分別是　x1, y1, w, h, blur, expression, illumination, invalid, occlusion, pose

　　（1）x1, y1, w, h, 分別代表左下點座標及寬長

　　（2）blur：模糊程度，0——> 清晰 ,1——> 一般模糊， 2——> 嚴重模糊

　　（3）expression: 表情 0——> 正常， 1——> 誇張

　　（4）illumination:光源（應該是曝光程度）0——> 正常， 1——>極度

　　（5）occlusion:遮擋 0——> 沒有遮擋， 1——> 部分遮擋， 2——> 嚴重遮擋

　　（6）pose: 姿勢 0——> 正常姿勢 , 1——非正常姿勢

　　（7）invalid: 無效圖片 0——否， 1——> 是　　

3、資料集轉換

　　YOLO v3 需要的標籤格式為

0 0.498046875 0.292057761732852 0.119140625 0.1075812274368231　　#type  x y w h

　從左到右的含義分別為目標型別（這裡只有一種型別，所以都是0 ）目標框中心點的（x，y）座標目標框的寬度和高度（這裡的資料都是單位資料即 x—— 中心點實際x / 圖片寬度， y—— 中心點實際y / 圖片高度）

　這裡可以直接把 wider_face 標籤轉成 yolo 標籤，也可以先轉成 voc 格式標籤再轉成 yolo 標籤。考慮到官方有將VOC 格式轉成 yolo 格式的程式碼　voc_label.py 於是先轉成 VOC 格式的標註

（1）轉成VOC 格式

# -*- coding: utf-8 -*-

import shutil
import random
import os
import string
from skimage import io

headstr = """\
<annotation>
    <folder>VOC2007</folder>
    <filename>%06d.jpg</filename>
    <source>
        <database>My Database</database>
        <annotation>PASCAL VOC2007</annotation>
        <image>flickr</image>
        <flickrid>NULL</flickrid>
    </source>
    <owner>
        <flickrid>NULL</flickrid>
        <name>company</name>
    </owner>
    <size>
        <width>%d</width>
        <height>%d</height>
        <depth>%d</depth>
    </size>
    <segmented>0</segmented>
"""
objstr = """\
    <object>
        <name>%s</name>
        <pose>Unspecified</pose>
        <truncated>0</truncated>
        <difficult>0</difficult>
        <bndbox>
            <xmin>%d</xmin>
            <ymin>%d</ymin>
            <xmax>%d</xmax>
            <ymax>%d</ymax>
        </bndbox>
    </object>
"""

tailstr = '''\
</annotation>
'''




def writexml(idx, head, bbxes, tail):
    filename = ("Annotations/%06d.xml" % (idx))
    f = open(filename, "w")
    f.write(head)
    for bbx in bbxes:
        f.write(objstr % ('face', bbx[0], bbx[1], bbx[0] + bbx[2], bbx[1] + bbx[3]))
    f.write(tail)
    f.close()


def clear_dir():
    if shutil.os.path.exists(('Annotations')):
        shutil.rmtree(('Annotations'))
    if shutil.os.path.exists(('ImageSets')):
        shutil.rmtree(('ImageSets'))
    if shutil.os.path.exists(('JPEGImages')):
        shutil.rmtree(('JPEGImages'))

    shutil.os.mkdir(('Annotations'))
    shutil.os.makedirs(('ImageSets/Main'))
    shutil.os.mkdir(('JPEGImages'))


def excute_datasets(idx, datatype):

    f = open(('ImageSets/Main/' + datatype + '.txt'), 'a')
    f_bbx = open(('wider_face_split/wider_face_' + datatype + '_bbx_gt.txt'), 'r')

    while True:
        filename = f_bbx.readline().strip('\n')

        if not filename:
            break


        im = io.imread(('WIDER_' + datatype + '/images/' + filename))
        head = headstr % (idx, im.shape[1], im.shape[0], im.shape[2])
        nums = f_bbx.readline().strip('\n')
        bbxes = []
        if nums=='0':
            bbx_info= f_bbx.readline()
            continue
        for ind in range(int(nums)):
            bbx_info = f_bbx.readline().strip(' \n').split(' ')
            bbx = [int(bbx_info[i]) for i in range(len(bbx_info))]
            # x1, y1, w, h, blur, expression, illumination, invalid, occlusion, pose
            if bbx[7] == 0:
                bbxes.append(bbx)
        writexml(idx, head, bbxes, tailstr)
        shutil.copyfile(('WIDER_' + datatype + '/images/' + filename), ('JPEGImages/%06d.jpg' % (idx)))
        f.write('%06d\n' % (idx))
        idx += 1
    f.close()
    f_bbx.close()
    return idx


if __name__ == '__main__':
    clear_dir()
    idx = 1
    idx = excute_datasets(idx, 'train')
    idx = excute_datasets(idx, 'val')
    print('Complete...')

wider_face 轉成VOC

　　目錄格式為

　　（2）VOC 格式轉成 yolo 需要的格式

　　將上述步驟生成的三個資料夾即 Annotations ImageSets JPEGImages 放到之前編譯好的 \darknet-master\build\darknet\x64\data\voc\VOCdevkit\VOCface 目錄中

　　將voc_label.py 放入 \darknet-master\build\darknet\x64\data\voc\ 目錄下

　　開啟 voc_label.py 檔案

　　將7 、8左右的程式碼改成如下所示：　

# sets=[('2012', 'train'), ('2012', 'val'), ('2007', 'train'), ('2007', 'val'), ('2007_test', 'test')]#
sets=[('face', 'train'), ('face', 'val')]#
#
# classes = ["aeroplane", "bicycle", "bird", "boat", "bottle", "bus", "car", "cat", "chair", "cow", "diningtable", "dog", "horse", "motorbike", "person", "pottedplant", "sheep", "sofa", "train", "tvmonitor"]

classes = ["face"]

import xml.etree.ElementTree as ET
import pickle
import os
from os import listdir, getcwd
from os.path import join

# sets=[('2012', 'train'), ('2012', 'val'), ('2007', 'train'), ('2007', 'val'), ('2007_test', 'test')]#
sets=[('face', 'train'), ('face', 'val')]#
#
# classes = ["aeroplane", "bicycle", "bird", "boat", "bottle", "bus", "car", "cat", "chair", "cow", "diningtable", "dog", "horse", "motorbike", "person", "pottedplant", "sheep", "sofa", "train", "tvmonitor"]

classes = ["face"]


def convert(size, box):
    dw = 1./size[0]
    dh = 1./size[1]
    x = (box[0] + box[1])/2.0
    y = (box[2] + box[3])/2.0
    w = box[1] - box[0]
    h = box[3] - box[2]
    x = x*dw
    w = w*dw
    y = y*dh
    h = h*dh
    return (x,y,w,h)

def convert_annotation(year, image_id):
    in_file = open('VOCdevkit/VOC%s/Annotations/%s.xml'%(year, image_id))
    out_file = open('VOCdevkit/VOC%s/labels/%s.txt'%(year, image_id), 'w')
    tree=ET.parse(in_file)
    root = tree.getroot()
    size = root.find('size')
    w = int(size.find('width').text)
    h = int(size.find('height').text)

    for obj in root.iter('object'):
        difficult = obj.find('difficult').text
        cls = obj.find('name').text
        if cls not in classes or int(difficult) == 1:
            continue
        cls_id = classes.index(cls)
        xmlbox = obj.find('bndbox')
        b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text), float(xmlbox.find('ymax').text))
        bb = convert((w,h), b)
        out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')



if __name__=='__main__':
    wd = getcwd()
    for year, image_set in sets:
        if not os.path.exists('VOCdevkit/VOC%s/labels/' % (year)):
            os.makedirs('VOCdevkit/VOC%s/labels/' % (year))
        image_ids = open('VOCdevkit/VOC%s/ImageSets/Main/%s.txt' % (year, image_set)).read().strip().split()
        list_file = open('%s_%s.txt' % (year, image_set), 'w')
        for image_id in image_ids:
            list_file.write('%s/VOCdevkit/VOC%s/JPEGImages/%s.jpg\n' % (wd, year, image_id))
            convert_annotation(year, image_id)
        list_file.close()

VOC_label.py

　　執行 voc_label.py 結束後將會在 voc 目錄下生成 face_train.txt 和 face_val.txt

　　至此前期資料準備工作完成。

4、修改配置檔案

（1）配置 cfg 檔案

　　將 darknet-master\build\darknet\x64\cfg\yolov3.cfg 檔案複製一份並重新命名為 yolov3-obj.cfg

　　開啟 yolov3-obj.cfg 將第三行第四行註釋掉將第七行和第八行註釋取消

　　將 batch 設為 batch=64 （第6行）

　　將 subdivisions 設為 subdivisions=8 （第7行）

　　如果顯示卡記憶體較小（即後面執行時報 out of memory 的錯時）可以將 batch 改成 32 16 8 等（保證 batch 是 subdivisions 的整數倍），同時取消多尺度訓練即設定 random = 0 ( 第 615、701、788 行 )

　　將 max_batches 改為 max_batches = 2000　（第20行）max_batches 的數量為檢測的目標數 * 2000

　　將 steps 改為 steps=1600,1800 （第22行）steps =max_batches *0.8 ，0.9

　　將 classes 改為 classes =1　　（第 610 、696、783 行）

　　將 filters 改為 filters =18 （只改三個 yolo 層的上一層的 filters 即第 603、689 、776 行）

（2）配置 obj.data 和 obj.names 檔案

　　可以複製 voc.data 和obj.names 檔案並重新命名，也可以自己新建兩個檔案

　　obj.data 檔案中內容為

classes= 1
train  = data/voc/face_train.txt
valid  = data/voc/face_val.txt
#difficult = data/difficult_2007_test.txt
names = data/obj.names
backup = backup/

　　obj.names 的內容為 face （只有這一行）

face

（3）配置 \darknet-master\Makefile 檔案（在有 GPU 和 CUDNN 的情況下）

　　將第 1 行 GPU=0 改成 GPU=1

　　將第 2 行 CUDNN=0 改成 CUDNN=1

　　將第 58 行改為 NVCC=C:/Program Files/NVIDIA GPU Computing Toolkit/CUDA/v10.0/bin （自己的cuda 安裝目錄）

　　將 88 —— 108 行的內容改成如下所示　（即將對應目錄改成）

ifeq ($(GPU), 1)
COMMON+= -DGPU -I/C:/Program Files/NVIDIA GPU Computing Toolkit/CUDA/v10.0/include
CFLAGS+= -DGPU
ifeq ($(OS),Darwin) #MAC
LDFLAGS+= -L/usr/local/cuda/lib -lcuda -lcudart -lcublas -lcurand
else
LDFLAGS+= -L/C:/Program Files/NVIDIA GPU Computing Toolkit/CUDA/v10.0/lib/x64 -lcuda -lcudart -lcublas -lcurand
endif
endif

ifeq ($(CUDNN), 1)
COMMON+= -DCUDNN
ifeq ($(OS),Darwin) #MAC
CFLAGS+= -DCUDNN -I/usr/local/cuda/include
LDFLAGS+= -L/usr/local/cuda/lib -lcudnn
else
CFLAGS+= -DCUDNN -IC:/Program Files/NVIDIA GPU Computing Toolkit/CUDA/v10.0/include
LDFLAGS+= -L/C:/Program Files/NVIDIA GPU Computing Toolkit/CUDA/v10.0/lib/x64 -lcudnn
endif
endif

（4）下載預訓練檔案 https://pjreddie.com/media/files/darknet53.conv.74 放到 \darknet-master\build\darknet\x64　目錄中

5、開始訓練

　　在 \darknet-master\build\darknet\x64 目錄下開啟 powershell

　　執行命令 ./darknet.exe detector train data/obj.data cfg/yolov3-obj.cfg darknet53.conv.74 開始訓練

　　如果報 CUDA Error: out of memory

　　則將 batch 改成 32 16 8 等（保證 batch 是 subdivisions 的整數倍），同時取消多尺度訓練即設定 random = 0 ( 第 615、701、788 行 ) （我是都改成 8 才可以）

6、訓練過程中的輸出引數解釋

　　表示所有訓練圖片中的一個批次（batch）,批次大小的劃分根據在cfg/yolov3-obj.cfg中設定的，批次大小的劃分根據我們在 .cfg 檔案中設定的subdivisions引數。在我使用的 .cfg 檔案中 batch = 8 ，subdivision = 8，所以在訓練輸出中，訓練迭代包含了8組（8組　Region 82, Region 94, Region 106），每組又包含了1張圖片，跟設定的batch和subdivision的值一致。（也就是說每輪迭代會從所有訓練集裡隨機抽取 batch = 8 個樣本參與訓練，所有這些 batch 個樣本又被均分為 subdivision = 8 次送入網路參與訓練，以減輕記憶體佔用的壓力）

　　（1） Region 82 ，Region 94 ， Region 106 代表三個訓練尺度 82 為最大尺度用來預測較小目標， 106 為最小尺度用來預測較大目標，94 為中間尺度　　在每個尺度中的資料會出現大量的 nan 資料是正常現象，只有迭代的 avg loss 出現 nan 值才說明訓練出錯。

　　（2）Avg IOU：表示在當前subdivision內的圖片的平均IOU，代表預測的矩形框和真實目標的交併比越接近1 越好

　　（3）Class：標註物體分類的正確率, 期望該值趨近於1;

　　（4）Obj：越接近 1 越好

　　（5）No Obj：越來越小，但不為 0

　　（6）.5R：以IOU=0.5為閾值時候的recall; recall = 檢出的正樣本/實際的正樣本

　　（7）.75R：以IOU=0.75為閾值時候的recall; recall = 檢出的正樣本/實際的正樣本

　　（8）count：count後的值表示所有的當前subdivision圖片（本例中一張）中包含正樣本的圖片的數量。

　　（9）最後一行