9月6日关键点检测学习笔记——人脸和手部特征点检测

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前言

本文为9月6日关键点检测学习笔记——人脸和手部特征点检测，分为五个章节：

• 干扰因素；
• 特征点检测；
• 人脸比对；
• 高清分辨率网络；
• 手部关键点检测。

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一、干扰因素

1、主动因素

• 可通过用户简单配合来消除；
• 系统可通过拒绝识别和质量判断来获取高质量图像。

2、固有因素

• 现场很难去除的干扰因素，识别器需对其鲁棒。

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二、特征点检测

1、PFLD

• Loss：
  $$\begin{gathered} \mathcal{L}:=\frac{1}{M}\sum _{m=1}^M\sum _{m=1}^N{\gamma }_n||d_n^m|| \\ {\gamma }_n=\sum _{c=1}^C{\omega }_n^c\sum _{k=1}^K(1-cos{\theta }_n^k)||d_n^m|{|}_2^2 \end{gathered}$$
  其中，$||d_n^m||$ 是第 m个输入的第 n个 landmark 的误差；${\theta }_1,{\theta }_2,{\theta }_3(K=3)$ 是 GT 值与 estimated yaw, pitch, and roll angles 间的偏向角；$C$ 代表 6个类别：侧脸，正脸，抬头，低头，清晰，模糊。

2、LLCV

8000 点人脸关键点技术。

• 单张彩色图像或单段视频作为输入；
• 支持全方位姿态、各种极端表情。

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三、人脸比对

1、人脸 1:1

将一张人脸照片与人脸库中的多张人脸逐一比对，将所有人脸全部比对一次。

2、人脸 1:n

• 静态大库检索，找相似。
• 图片检索，进行N次（亿级）人脸比对，并留下比分大于阈值的结果。

3、人脸 1:N

4、人脸 M:N

• 不同人脸库进行比对。
• 相当于是M个人脸1:N相加的结果。

• Siamese Network:

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四、高清分辨率网络

• Dilated convolution 空洞卷积：

1、HRNet

• 并行的高分辨率 ⇒ 低分辨率网络；
• 多尺度融合。

train.py 代码如下：

import os
import pprint
import argparse

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.backends.cudnn as cudnn
from tensorboardX import SummaryWriter
from torch.utils.data import DataLoader
import sys
sys.path.insert(0, os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..'))
import lib.models as models
from lib.config import config, update_config
from lib.datasets import get_dataset
from lib.core import function
from lib.utils import utils


def parse_args():

    parser = argparse.ArgumentParser(description='Train Face Alignment')

    parser.add_argument('--cfg', help='experiment configuration filename',
                        required=True, type=str)

    args = parser.parse_args()
    update_config(config, args)
    return args


def main():

    args = parse_args()

    logger, final_output_dir, tb_log_dir = \
        utils.create_logger(config, args.cfg, 'train')

    logger.info(pprint.pformat(args))
    logger.info(pprint.pformat(config))

    cudnn.benchmark = config.CUDNN.BENCHMARK
    cudnn.determinstic = config.CUDNN.DETERMINISTIC
    cudnn.enabled = config.CUDNN.ENABLED

    model = models.get_face_alignment_net(config)

    # copy model files
    writer_dict = {
        'writer': SummaryWriter(log_dir=tb_log_dir),
        'train_global_steps': 0,
        'valid_global_steps': 0,
    }

    gpus = list(config.GPUS)
    model = nn.DataParallel(model, device_ids=gpus).cuda()

    # loss
    criterion = torch.nn.MSELoss(size_average=True).cuda()

    optimizer = utils.get_optimizer(config, model)
    best_nme = 100
    last_epoch = config.TRAIN.BEGIN_EPOCH
    if config.TRAIN.RESUME:
        model_state_file = os.path.join(final_output_dir,
                                        'latest.pth')
        if os.path.islink(model_state_file):
            checkpoint = torch.load(model_state_file)
            last_epoch = checkpoint['epoch']
            best_nme = checkpoint['best_nme']
            model.load_state_dict(checkpoint['state_dict'])
            optimizer.load_state_dict(checkpoint['optimizer'])
            print("=> loaded checkpoint (epoch {})"
                  .format(checkpoint['epoch']))
        else:
            print("=> no checkpoint found")

    if isinstance(config.TRAIN.LR_STEP, list):
        lr_scheduler = torch.optim.lr_scheduler.MultiStepLR(
            optimizer, config.TRAIN.LR_STEP,
            config.TRAIN.LR_FACTOR, last_epoch-1
        )
    else:
        lr_scheduler = torch.optim.lr_scheduler.StepLR(
            optimizer, config.TRAIN.LR_STEP,
            config.TRAIN.LR_FACTOR, last_epoch-1
        )
    dataset_type = get_dataset(config)

    train_loader = DataLoader(
        dataset=dataset_type(config,
                             is_train=True),
        batch_size=config.TRAIN.BATCH_SIZE_PER_GPU*len(gpus),
        shuffle=config.TRAIN.SHUFFLE,
        num_workers=config.WORKERS,
        pin_memory=config.PIN_MEMORY)

    val_loader = DataLoader(
        dataset=dataset_type(config,
                             is_train=False),
        batch_size=config.TEST.BATCH_SIZE_PER_GPU*len(gpus),
        shuffle=False,
        num_workers=config.WORKERS,
        pin_memory=config.PIN_MEMORY
    )

    for epoch in range(last_epoch, config.TRAIN.END_EPOCH):
        lr_scheduler.step()

        function.train(config, train_loader, model, criterion,
                       optimizer, epoch, writer_dict)

        # evaluate
        nme, predictions = function.validate(config, val_loader, model,
                                             criterion, epoch, writer_dict)

        is_best = nme < best_nme
        best_nme = min(nme, best_nme)

        logger.info('=> saving checkpoint to {}'.format(final_output_dir))
        print("best:", is_best)
        utils.save_checkpoint(
            {"state_dict": model,
             "epoch": epoch + 1,
             "best_nme": best_nme,
             "optimizer": optimizer.state_dict(),
             }, predictions, is_best, final_output_dir, 'checkpoint_{}.pth'.format(epoch))

    final_model_state_file = os.path.join(final_output_dir,
                                          'final_state.pth')
    logger.info('saving final model state to {}'.format(
        final_model_state_file))
    torch.save(model.module.state_dict(), final_model_state_file)
    writer_dict['writer'].close()


if __name__ == '__main__':
    main()
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五、手部关键点检测

1、分类 + 定位问题

2、2D-3D hand detection

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