В этом примере показано, как изменить предварительно обученную сеть ResNet-50 в сеть обнаружения объектов R-CNN. Сеть, созданная в этом примере, может быть обучена с помощью trainRCNNObjectDetector.
% Load pretrained ResNet-50. net = resnet50(); % Convert network into a layer graph object to manipulate the layers. lgraph = layerGraph(net);
Процедура, чтобы преобразовать сеть в сеть R-CNN совпадает с рабочим процессом изучения передачи для классификации изображений. Вы заменяете последние 3 слоя классификации на новые слои, которые могут поддержать количество классов объектов, которые вы хотите обнаружить плюс фоновый класс.
В ResNet-50 последние три слоя называют fc1000, fc1000_softmax, и ClassificationLayer_fc1000. Отобразите сеть и увеличьте масштаб раздела сети, которую вы измените.
figure plot(lgraph) ylim([-5 16])
% Remove the the last 3 layers. layersToRemove = { 'fc1000' 'fc1000_softmax' 'ClassificationLayer_fc1000' }; lgraph = removeLayers(lgraph, layersToRemove); % Display the results after removing the layers. figure plot(lgraph) ylim([-5 16])
Добавьте новые слои классификации в сеть. Слои являются настройкой, чтобы классифицировать количество объектов, которые сеть должна обнаружить плюс дополнительный фоновый класс. Во время обнаружения, сетевых областей кадрированного изображения процессов и классифицирует их как принадлежащий одним из классов объектов или фона.
% Specify the number of classes the network should classify. numClassesPlusBackground = 2 + 1; % Define new classfication layers newLayers = [ fullyConnectedLayer(numClassesPlusBackground, 'Name', 'rcnnFC') softmaxLayer('Name', 'rcnnSoftmax') classificationLayer('Name', 'rcnnClassification') ]; % Add new layers lgraph = addLayers(lgraph, newLayers); % Connect the new layers to the network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'avg_pool', 'rcnnFC'); % Display the final R-CNN network. This can be trained using trainRCNNObjectDetector. figure plot(lgraph) ylim([-5 16])
Этот пример полагается на Создать пример Сети Обнаружения объектов R-CNN выше. Это преобразовывает предварительно обученную сеть ResNet-50 в Быструю сеть обнаружения объектов R-CNN путем добавления слоя объединения ROI и слоя регрессии ограничительной рамки. Сеть Fast R-CNN может затем быть обучена с помощью trainFastRCNNObjectDetector.
Создайте сеть R-CNN
Запустите путем создания сети R-CNN, которая формирует основание Быстрого R-CNN. Создать пример Сети Обнаружения объектов R-CNN объясняет этот раздел кода подробно.
% Load pretrained ResNet-50. net = resnet50; lgraph = layerGraph(net); % Remove the the last 3 layers from ResNet-50. layersToRemove = { 'fc1000' 'fc1000_softmax' 'ClassificationLayer_fc1000' }; lgraph = removeLayers(lgraph, layersToRemove); % Specify the number of classes the network should classify. numClasses = 2; numClassesPlusBackground = numClasses + 1; % Define new classification layers. newLayers = [ fullyConnectedLayer(numClassesPlusBackground, 'Name', 'rcnnFC') softmaxLayer('Name', 'rcnnSoftmax') classificationLayer('Name', 'rcnnClassification') ]; % Add new layers. lgraph = addLayers(lgraph, newLayers); % Connect the new layers to the network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'avg_pool', 'rcnnFC');
Добавьте слой регрессии ограничительной рамки
Добавьте слой регрессии поля, чтобы изучить набор смещений поля, чтобы примениться к полям предложения по области. Изученные смещения преобразовывают поля предложения по области так, чтобы они были ближе к исходной ограничительной рамке основной истины. Это преобразование помогает улучшать производительность локализации Быстрого R-CNN.
Слои регрессии поля состоят из полносвязного слоя, сопровождаемого слоем регрессии поля R-CNN. Полносвязный слой сконфигурирован, чтобы вывести набор 4 смещений поля для каждого класса. Фоновый класс исключен, потому что фоновые ограничительные рамки не усовершенствованы.
% Define the number of outputs of the fully connected layer. numOutputs = 4 * numClasses; % Create the box regression layers. boxRegressionLayers = [ fullyConnectedLayer(numOutputs,'Name','rcnnBoxFC') rcnnBoxRegressionLayer('Name','rcnnBoxDeltas') ]; % Add the layers to the network lgraph = addLayers(lgraph, boxRegressionLayers);
Слои регрессии поля обычно соединяются с тем же слоем, с которым соединяется ветвь классификации.
% Connect the regression layers to the layer named 'avg_pool'. lgraph = connectLayers(lgraph,'avg_pool','rcnnBoxFC'); % Display the classification and regression branches of Fast R-CNN. figure plot(lgraph) ylim([-5 16])
Добавьте ROI слой объединения Max
Следующий шаг должен выбрать который слой в сети использовать в качестве слоя извлечения признаков. Этот слой будет соединен с ROI, макс. объединяющим слой, который объединит функции классификации объединенных областей. Выбор слоя извлечения признаков требует эмпирической оценки. Для ResNet-50 типичным слоем извлечения признаков является выход 4-го блока сверток, который соответствует слою, названному activation40_relu.
featureExtractionLayer = 'activation_40_relu';
figure
plot(lgraph)
ylim([30 42])
Для того, чтобы вставить ROI, макс. объединяющий слой, сначала отключите слои, присоединенные к слою извлечения признаков: res5a_branch2a и res5a_branch1.
% Disconnect the layers attached to the selected feature extraction layer. lgraph = disconnectLayers(lgraph, featureExtractionLayer,'res5a_branch2a'); lgraph = disconnectLayers(lgraph, featureExtractionLayer,'res5a_branch1'); % Add ROI max pooling layer. outputSize = [14 14]
outputSize = 1×2
14 14
roiPool = roiMaxPooling2dLayer(outputSize,'Name','roiPool'); lgraph = addLayers(lgraph, roiPool); % Connect feature extraction layer to ROI max pooling layer. lgraph = connectLayers(lgraph, 'activation_40_relu','roiPool/in'); % Connect the output of ROI max pool to the disconnected layers from above. lgraph = connectLayers(lgraph, 'roiPool','res5a_branch2a'); lgraph = connectLayers(lgraph, 'roiPool','res5a_branch1'); % Show the result after adding and connecting the ROI max pooling layer. figure plot(lgraph) ylim([30 42])
Наконец, соедините слой входа ROI со вторым входом ROI, макс. объединяющего слой.
% Add ROI input layer. roiInput = roiInputLayer('Name','roiInput'); lgraph = addLayers(lgraph, roiInput); % Connect ROI input layer to the 'roi' input of the ROI max pooling layer. lgraph = connectLayers(lgraph, 'roiInput','roiPool/roi'); % Show the resulting faster adding and connecting the ROI input layer. figure plot(lgraph) ylim([30 42])
Сеть готова быть обученной с помощью trainFastRCNNObjectDetector.
Этот пример полагается на Создавание Быстрого примера Сети Обнаружения объектов R-CNN выше. Это преобразовывает предварительно обученную сеть ResNet-50 в сеть обнаружения объектов Faster R-CNN путем добавления слоя объединения ROI, слоя регрессии ограничительной рамки и сети предложения по области (RPN). Сеть Faster R-CNN может затем быть обучена с помощью trainFasterRCNNObjectDetector.
Создайте быструю сеть R-CNN
Запустите путем создания Быстрого R-CNN, который формирует основание Faster R-CNN. Создавание Быстрого примера Сети Обнаружения объектов R-CNN объясняет этот раздел кода подробно.
% Load a pretrained ResNet-50. net = resnet50; lgraph = layerGraph(net); % Remove the last 3 layers. layersToRemove = { 'fc1000' 'fc1000_softmax' 'ClassificationLayer_fc1000' }; lgraph = removeLayers(lgraph, layersToRemove); % Specify the number of classes the network should classify. numClasses = 2; numClassesPlusBackground = numClasses + 1; % Define new classification layers. newLayers = [ fullyConnectedLayer(numClassesPlusBackground, 'Name', 'rcnnFC') softmaxLayer('Name', 'rcnnSoftmax') classificationLayer('Name', 'rcnnClassification') ]; % Add new object classification layers. lgraph = addLayers(lgraph, newLayers); % Connect the new layers to the network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'avg_pool', 'rcnnFC'); % Define the number of outputs of the fully connected layer. numOutputs = 4 * numClasses; % Create the box regression layers. boxRegressionLayers = [ fullyConnectedLayer(numOutputs,'Name','rcnnBoxFC') rcnnBoxRegressionLayer('Name','rcnnBoxDeltas') ]; % Add the layers to the network. lgraph = addLayers(lgraph, boxRegressionLayers); % Connect the regression layers to the layer named 'avg_pool'. lgraph = connectLayers(lgraph,'avg_pool','rcnnBoxFC'); % Select a feature extraction layer. featureExtractionLayer = 'activation_40_relu'; % Disconnect the layers attached to the selected feature extraction layer. lgraph = disconnectLayers(lgraph, featureExtractionLayer,'res5a_branch2a'); lgraph = disconnectLayers(lgraph, featureExtractionLayer,'res5a_branch1'); % Add ROI max pooling layer. outputSize = [14 14]; roiPool = roiMaxPooling2dLayer(outputSize,'Name','roiPool'); lgraph = addLayers(lgraph, roiPool); % Connect feature extraction layer to ROI max pooling layer. lgraph = connectLayers(lgraph, featureExtractionLayer,'roiPool/in'); % Connect the output of ROI max pool to the disconnected layers from above. lgraph = connectLayers(lgraph, 'roiPool','res5a_branch2a'); lgraph = connectLayers(lgraph, 'roiPool','res5a_branch1');
Добавьте Сеть предложения по области (RPN)
Faster R-CNN использует сеть предложения по области (RPN), чтобы сгенерировать предложения по области. RPN производит предложения по области путем предсказания класса, “объекта” или “фона” и смещений поля для набора предопределенных шаблонов ограничительной рамки, известных как "поля привязки". Поля привязки заданы путем обеспечения их размера, который обычно определяется на основе априорного знания шкалы и соотношения сторон объектов в обучающем наборе данных.
Узнайте больше о Полях Привязки для Обнаружения объектов.
Задайте поля привязки и создайте regionProposalLayer.
% Define anchor boxes. anchorBoxes = [ 16 16 32 16 16 32 ]; % Create the region proposal layer. proposalLayer = regionProposalLayer(anchorBoxes,'Name','regionProposal'); lgraph = addLayers(lgraph, proposalLayer);
Добавьте слои свертки для RPN и соедините его со слоем извлечения признаков, выбранным выше.
% Number of anchor boxes. numAnchors = size(anchorBoxes,1); % Number of feature maps in coming out of the feature extraction layer. numFilters = 1024; rpnLayers = [ convolution2dLayer(3, numFilters,'padding',[1 1],'Name','rpnConv3x3') reluLayer('Name','rpnRelu') ]; lgraph = addLayers(lgraph, rpnLayers); % Connect to RPN to feature extraction layer. lgraph = connectLayers(lgraph, featureExtractionLayer, 'rpnConv3x3');
Добавьте классификацию RPN выходные слои. Слой классификации классифицирует каждую привязку как "объект" или "фон".
% Add RPN classification layers. rpnClsLayers = [ convolution2dLayer(1, numAnchors*2,'Name', 'rpnConv1x1ClsScores') rpnSoftmaxLayer('Name', 'rpnSoftmax') rpnClassificationLayer('Name','rpnClassification') ]; lgraph = addLayers(lgraph, rpnClsLayers); % Connect the classification layers to the RPN network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'rpnRelu', 'rpnConv1x1ClsScores');
Добавьте регрессию RPN выходные слои. Слой регрессии предсказывает 4 смещения поля для каждого поля привязки.
% Add RPN regression layers. rpnRegLayers = [ convolution2dLayer(1, numAnchors*4, 'Name', 'rpnConv1x1BoxDeltas') rcnnBoxRegressionLayer('Name', 'rpnBoxDeltas'); ]; lgraph = addLayers(lgraph, rpnRegLayers); % Connect the regression layers to the RPN network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'rpnRelu', 'rpnConv1x1BoxDeltas');
Наконец, соедините классификацию, и функция регрессии сопоставляет с входными параметрами слоя предложения по области и слоем объединения ROI к слою предложения по области выход.
% Connect region proposal network. lgraph = connectLayers(lgraph, 'rpnConv1x1ClsScores', 'regionProposal/scores'); lgraph = connectLayers(lgraph, 'rpnConv1x1BoxDeltas', 'regionProposal/boxDeltas'); % Connect region proposal layer to roi pooling. lgraph = connectLayers(lgraph, 'regionProposal', 'roiPool/roi'); % Show the network after adding the RPN layers. figure plot(lgraph) ylim([30 42])
Сеть готова быть обученной с помощью trainFasterRCNNObjectDetector.