【机器学习】传统目标检测算法之DPM

前面介绍了一下HOG，HOG有一个缺点：很难处理遮挡问题，人体姿势动作幅度过大或物体方向改变也不易检测。

继2005年HOG提出之后，DPM模型在借鉴了HOG之后也被提了出来同时还取得了不错的成绩。

DPM概述

DPM（Deformable Part Model），正如其名称所述，可变形的组件模型，是一种基于组件的检测算法，其所见即其意。该模型由大神Felzenszwalb在2008年提出，并发表了一系列的cvpr，NIPS。并且还拿下了2010年，PASCAL VOC的“终身成就奖”。

DPM算法采用了改进后的HOG特征，SVM分类器和滑动窗口（Sliding Windows）检测思想，针对目标的多视角问题，采用了多组件（Component）的策略，针对目标本身的形变问题，采用了基于图结构（Pictorial Structure）的部件模型策略。此外，将样本的所属的模型类别，部件模型的位置等作为潜变量（Latent Variable），采用多示例学习（Multiple-instance Learning）来自动确定。

DPM特征

DPM检测模型

DPM检测流程

Latent SVM

传统的Hog+SVM和DPM+LatentSVM的区别如上面公式所示。

由于，训练的样本中，负样本集肯定是100%的准确的，而正样本集中就可能有噪声。因为，正样本的标注是人工进行的，人是会犯错的，标注的也肯定会有不精确的。因此，需要首先去除里面的噪声数据。而对于剩下的数据，里面由于各种角度，姿势的不一样，导致训练的模型的梯度图也比较发散，无规则。因此需要选择其中的具有相同的姿势的数据，即离正负样本的分界线最近的那些样本，将离分界线很近的样本称为Hard-examples，相反，那些距离较远的称为Easy-examples。

实际效果图如下图所示：

Latent SVM接下来有时间独立开一篇去整理学习一下。

优缺点

DPM算法的步骤：

1、产生多个模板，整体模板以及不同的局部模板；

2、拿这些不同的模板同输入图像“卷积”产生特征图；

3、将这些特征图组合形成融合特征；

4、对融合特征进行传统分类，回归得到目标位置。

DPM算法优点：

1、方法直观简单；

2、运算速度块；

2、适应动物变形；

DPM算法缺点：

1、性能一般

2、激励特征人为设计，工作量大；

这种方法不具有普适性，因为用来检测人的激励模板不能拿去检测小猫或者小狗，所以在每做一种物件的探测的时候，都需要人工来设计激励模板，为了获得比较好的探测效果，需要花大量时间去做一些设计，工作量很大。

3、无法适应大幅度的旋转，稳定性很差；

前面官方的话讲了一大堆，简单概括一下整体流程吧

首先要有根模型（root filter）和若干部件模型(part filter)和部件模型的偏离损失。这些东西就是通过已有的人体，四肢等样本提取HOG特征然后经过svm训练而来的。
用root filter提取原始图像的DMP特征图，再对DMP特征图用root filter和part filter计算响应图。（实际上就是一个模版匹配）
加权平均root的和part的，得到最终的融合特征图
对融合特征进行传统分类，回归得到目标位置。

DPM算法思想：输入一幅图像，对图像提取图像特征，针对某个物件制作出相应的激励模板，在原始的图像中计算，得到该激励效果图，根据激励的分布，确定目标位置。

制作激励模板就相当于人为地设计一个卷积核，一个比较复杂的卷积核，拿这个卷积核与原图像进行卷积运算得到一幅特征图。比如拿一个静止站立的人的HOG特征形成的卷积核，与原图像的梯度图像进行一个卷积运算，那么目标区域就会被加密。

那么说到这里就会出现一个问题，人在图像中可能有各种的姿态，比如躺着，趴着，坐着等等，我们只用一个静止站立状态的人的激励模板去做探测就会失败。也就是说图像中的物件可能会发生形变，那么我们用固定的激励模板去探测目标物件的时候就不再适用，那么该如何解决这一问题呢，这就引出了局部模板，也就是说，我们不做一个整体的人的激励模板，转而去做人的部分组件的模板，比如头、胳膊、腿等，其实这就是DPM算法。

再概括一下，HOG的特征提取比较死板，一定要是一个人，这个人还只能是特定的姿态比如站立，动作幅度改变不能太大。而DMP就是先检测整个人，再检测四肢，然后综合两者的信息去判断。

参考文章：https://blog.csdn.net/qq_14845119/article/details/52625426

https://blog.csdn.net/tiandijun/article/details/50601841