CTPN-自然文本场景检测代码阅读笔记

TensorFlow代码 https://github.com/eragonruan/text-detection-ctpn

CTPN网络结构理解：

知乎链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34757009

训练 main/train.py

1. utils/prepare/split_label.py

• 缩放图片resize image(长宽 最大1200，最小600)
• label处理　　将大矩形框label划分一个个16*16的小矩形

2. 输入

• input_image 原图像 [[1, H, W, 3]]
• bbox(GT) [[x_min, y_min, x_max, y_max, 1], […], …]
• im_info(GT) 图像的高，宽，通道(二维ndarray) [[h,w,c]]

3. 模型 model_train.py -> model()

• 图像去均值： mean_image_subtraction(均值设为means=[123.68, 116.78, 103.94])
• 目的：图像标准化，移除共同部分，凸显个体差异。
• 输入到 VGG16, conv5 -> [N, H/16, W/16, 512]
• conv2d -> [N, H/16, W/16, 512]
• BLSTM -> [N, H/16, W/16, 512]
• FC -> bbox_pred + cls_pred + cls_prob-> [N, H/16, W/16, 410] + [N, H/16, W/16, 2x10] + [N, H/16, W/16, 210]

4. 损失 model_train.py -> loss()

• 生成anchor分类标签和bounding-box回归目标 anchor_target_layer()
• 输入: cls_pred, bbox(GT), im_info(GT)
• 返回: [rpn_labels, rpn_bbox_targets, rpn_bbox_inside_weights, rpn_bbox_outside_weights]
• 方法:
• 生成基本的anchor(10个),每个anchor对应的四个坐标 [x_min, y_min, x_max, y_max] -> heights = [11, 16, 23, 33, 48, 68, 97, 139, 198, 283] widths = [16]
• 生成所有的anchor(H/16xW/16x10): 生成feature-map和真实image上anchor之间的偏移量
• 仅保留那些还在图像内部的anchor，超出图像的都删掉
• rpn_labels 生成标签(>0.7或者最大的为正标签,<0.3的为负标签),限制标签的数量(总共256个) (先给正的上标签还是先给负的上标签?)
• rpn_bbox_targets 根据anchor和gtbox计算得真值（anchor和gtbox之间的偏差）
• 把超出图像范围的anchor再加回来
• 计算分类损失

• rpn_cross_entropy_n = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(labels=rpn_label, logits=rpn_cls_score)
  rpn_cross_entropy = tf.reduce_mean(rpn_cross_entropy_n)

• 计算回归损失

• rpn_loss_box_n = tf.reduce_sum(rpn_bbox_outside_weights * smooth_l1_dist(rpn_bbox_inside_weights * (rpn_bbox_pred - rpn_bbox_targets)), reduction_indices=[1])
  rpn_loss_box = tf.reduce_sum(rpn_loss_box_n) / (tf.reduce_sum(tf.cast(fg_keep, tf.float32)) + 1)

• smooth_L1_Loss层理解
• • smooth_L1_Loss是Faster RCNN提出来的计算距离的loss
  • 输入四个bottom，分别是predict，target，inside_weight，outside_weight。与论文并不完全一致，代码中实现的是更加general的版本，公式为：
  • 
  • 

  • 

• 

• python实现：
  def smooth_l1_loss(bbox_pred, bbox_targets, bbox_inside_weights, bbox_outside_weights, sigma=1.0, dim=[1]):
      '''
      bbox_pred   ：预测框
      bbox_targets：标签框
      bbox_inside_weights：
      bbox_outside_weights：
      '''
      sigma_2 = sigma ** 2
      box_diff = bbox_pred - bbox_targets
      in_box_diff = bbox_inside_weights * box_diff
      abs_in_box_diff = tf.abs(in_box_diff)
      # tf.less 返回 True or False； a<b,返回True， 否则返回False。
      smoothL1_sign = tf.stop_gradient(tf.to_float(tf.less(abs_in_box_diff, 1. / sigma_2)))
      # 实现公式中的条件分支
      in_loss_box = tf.pow(in_box_diff, 2) * (sigma_2 / 2.) * smoothL1_sign + (abs_in_box_diff - (0.5 / sigma_2)) * (1. - smoothL1_sign)
      out_loss_box = bbox_outside_weights * in_loss_box
      loss_box = tf.reduce_mean(tf.reduce_sum(out_loss_box, axis=dim))
      return loss_box

• Smooth L1 Loss相比于L2 Loss对于离群点(outliers)更不敏感（Fast R-CNN中的解释：L1 loss that is less sensitive to outliers than the L2 loss used in R-CNN and SPPnet）。更详细的解释是当预测值与目标值相差很大时，L2 Loss的梯度为(x-t)，容易产生梯度爆炸，L1 Loss的梯度为常数，通过使用Smooth L1 Loss，在预测值与目标值相差较大时，由L2 Loss转为L1 Loss可以防止梯度爆炸。
• 计算正则损失
• regularization_losses = tf.get_collection(tf.GraphKeys.REGULARIZATION_LOSSES)
• 模型损失
• model_loss = rpn_cross_entropy + rpn_loss_box
• 总损失
• total_loss = tf.add_n(regularization_losses) + model_loss

5. AdamOptimizer() 回归损失

预测 main/demo.py

1. 输入

• input_image [1, H, W, 3]
• input_im_info [[H, W, C]]

2. 缩放图片:600x1200

3. 使用训练好的模型得出 bbox_pred, cls_pred, cls_prob

4. proposal_layer() 生成propsal

• 输入:cls_prob, bbox_pred, im_info
• 返回:textsegs (1 x H x W x A, 5) e.g. [0, x1, y1, x2, y2]

• 方法:
  生成基本的anchor
  生成整张图像所有的anchor
  根据anchor和bbox_pred,做逆变换,得到box在图像上的真实坐标
  将所有的proposal修建一下，超出图像范围的将会被修剪掉
  移除高度或宽度小于阈值的proposal
  根据分数排序所有的proposal, 进行nms
  输出所有proposal以及分数

5. TextDetector() 文本检测

　　文本线构造算法

• 输入: textsegs, score[:, np.newaxis], im_info[:2]
• 输出: 文本行坐标
• 方法:
• 删除得分较低的proposal, 阈值0.7
• 按得分排序
• 对proposal做nms
• 文本行的构建(两种方式：水平矩形框和有角度的矩形框)
• textdetector = TextDetector(DETECT_MODE=‘O’) # DETECT_MODE可以是’O’或者’H’
• 输出[xmin, ymin, xmax, ymin, xmax, ymax, xmin, ymax, score]

疑问以及代码问题：

2. rpn_bbox_outside_weights和rpn_bbox_inside_weights用来做什么的
CTPN中只需要回归proposal的y, h，而bbox_pred的输出为x, y, w, h，所以设置inside_weights=[0, 1, 0, 1]只计算y和h的损失; outside_weights来控制哪些样本参与计算回归损失
4. 代码中 config.py 中应该为 RPN_BBOX_INSIDE_WEIGHTS = (0.0, 1.0, 0.0, 1.0)

参考转载：https://blog.csdn.net/m0_38007695/article/details/88699219