实例分割:Mask RCNN
Mask RCNN
学习目标
- 说明Mask RCNN的结构特点
- 掌握Mask RCNN的RoIAlign方法
- 掌握Mask RCNN的mask原理
- 知道Mask RCNN的损失函数
上图是MaskRCNN预测的结果
Mask RCNN流程
Mask-RCNN是一个实例分割(Instance segmentation)网络框架,通过增加不同的分支可以完成目标分类,目标检测,实例分割等多种任务。具体来讲,就是在Faster-RCNN的基础上增加了一个分支,在实现目标检测的同时分割目标像素,其分支结构如下图所示:
掩码分支是作用于每个RoI区域(候选区域),以像素到像素的方式预测分割掩码,得到实例分割的结果。
Mask RCNN的整体结构如下图所示:
整体的流程是:
- 输入要处理的图片。
- 将图片送入到CNN特征提取网络得到特征图。
- 然后对特征图的每一个像素位置设定固定个数的ROI(对应于在FasterRCNN中的Anchor),然后将ROI区域送入RPN网络进行二分类(前景和背景)以及坐标回归,以获得精炼后的ROI区域(对应于FasterRCNN中的候选区域)。
- 对上个步骤中获得的ROI区域执行ROIAlign操作(是对ROIPooling的改进),即先将原图和feature map的pixel对应起来,然后将feature map和固定大小的feature对应起来。
- 最后对这些ROI区域进行多类别分类,候选框回归和引入FCN生成Mask,完成实例分割任务。
整个过程中与FasterRCNN中不同的是ROIAlign和分割分支,其他都是相同的,接下来我们着重介绍这两个内容。
ROIAlign
FasterRCNN中的ROIPooling过程如下所示:
它的流程是:
- 输入图片的大小为800x800,其中狗这个目标框的大小为665x665,经过VGG16网络之后获得的特征图尺寸为800/32x800/32=25x25,其中32代表VGG16中的5次下采样(步长为2)操作。那么,对于狗这个目标,我们将其对应到特征图上得到的结果是665/32x665/32=20.78x20.78=20x20,因为坐标要保留整数所以这里引入了第一个量化误差即舍弃了目标框在特征图上对应长宽的浮点数部分。
- 接下来需要将这个20x20的ROI区域映射为7x7的ROI特征图,根据ROI Pooling的计算方式,其结果就是20/7x20/7=2.86x2.86,同样执行取整操作操作后ROI特征区域的尺寸为2x2,这里引入了第二次量化误差。
- 从上面的分析可以看出,这两次量化误差会导致原始图像中的像素和特征图中的像素进行对应时出现偏差,例如上面将2.86量化为2的时候就引入了0.86的偏差,这个偏差映射回原图就是0.86x32=27.52,可以看到这个像素偏差是很大的,而且这仅仅考虑了第二次的量化误差,所以这会影响整个算法的性能。
为了缓解ROI Pooling量化误差过大的问题,MaskRCNN提出了ROIAlign,ROIAlign没有使用量化操作,而是使用了双线性插值估计非整数点的像素值。这一过程如下图所示:
针对上图的流程是:
- 输入图片的大小为800x800,其中狗这个目标框的大小为665x665,经过VGG16网络之后获得的特征图尺寸为800/32x800/32=25x25,其中32代表VGG16中的5次下采样(步长为2)操作。那么,对于狗这个目标,我们将其对应到特征图上得到的结果是665/32x665/32=20.78x20.78,此时,没有像RoiPooling那样就行取整操作,而是保留浮点数。
- 接下来需要将这个20.78x20.78的ROI区域映射为7x7的ROI特征图,结果就是20.78/7x20.78/7=2.97x2.97,即每个小区域的大小为2.97x2.97。
- 假定每个小区域采样点数为4,也就是说,对于每个2.97*2.97的小区域,平分四份,每一份取其中心点位置,而中心点位置的像素,采用双线性插值法进行计算,这样,就会得到四个点的像素值,如下图:
败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4B1K7A75-1646553579791)(笔记图片/image-20201013102721410.png)]
上图中,四个红色叉叉‘×’的像素值是通过双线性插值算法计算得到的。
- 最后,取四个像素值中最大值(最大池化)作为这个小区域(即:2.97x2.97大小的区域)的像素值,如此类推,同样是49个小区域得到49个像素值,组成7x7大小的特征图。
双线性插值是一种图像缩放填充算法,它充分的利用了原图中虚拟点(比如20.56这个浮点数,像素位置不是整数值,而是浮点值)四周的真实存在的像素值来共同决定目标图中的一个像素值,即可以将20.56这个虚拟的位置点对应的像素值估计出来。
实现效果
在tensorFlow中实现时使用:
tf.image.crop_and_resize(image, boxes, box_indices, crop_size, method='bilinear', extrapolation_value=0,name=None
)
参数介绍:
- image: 表示特征图
- boxes:指需要划分的ROI区域,输入格式为[ymin,xmin,ymax,xmax],注意是归一化的结果。
假设候选区域坐标是[y1,x1,y2,x2],那么想要得到相应正确的crop图形就一定要归一化,即图片的长度是[w,h],则实际输入的boxes为[y1/h,x1/w,y2/h,x2/w],超出1的部分使用黑色0进行填充。
- box_indice: 是boxes和image之间的索引,即box对应的图像索引
- crop_size: 表示RoiAlign之后的候选区域的大小。
- method:插值方法,默认是双线性插值
下面我们利用两张图片看下ROIAlign的效果:
- 导入工具包
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
- 原图像读取和展示
# 图像读取
img = plt.imread('Trump.jpg')/255.
img2 = plt.imread('Trump2.jpg')/255.
# 图像展示
plt.figure(figsize=(10,8))
plt.subplot(1,2,1)
plt.imshow(img)
plt.subplot(1,2,2)
plt.imshow(img2)
- 构建batch_size数据(batch_size=2)
# 对图像进行类型转换,并添加batch维
img = tf.convert_to_tensor(img, dtype=tf.float32)
img = tf.expand_dims(img, axis=0)
img = tf.image.resize(img, (500,500))
img2 = tf.convert_to_tensor(img2, dtype=tf.float32)
img2 = tf.expand_dims(img2, axis=0)
img2 = tf.image.resize(img2, (500,500))
# 将两个图像拼接在一起
img = tf.concat([img, img2], axis=0)
print('img:', img.shape)
输出为:
img: (2, 500, 500, 3)
一个batch中包含2个图像,每个图像的大小为500x500x3,理解为两个特征图
- ROIAlign
# 进行ROIAlign处理:特征图,2个boxes,分别对应图像索引0和1,ROIAlign后的大小为50x50
out = tf.image.crop_and_resize(img, [[0.5, 0.5, 1.0, 1.0], [0.5, 0.5, 1.5, 1.5]], [0, 1], crop_size=(50, 50))
print('out:', a.shape)
输出为:
out: (2, 50, 50, 3)
- 效果展示
plt.figure(figsize=(10,8))
# 尺寸调整后的图像
plt.subplot(2,2,1)
plt.imshow(img[0])
plt.subplot(2,2,2)
plt.imshow(img[1])
# ROIAlign的结果
plt.subplot(2,2,3)
plt.imshow(a[0])
plt.subplot(2,2,4)
plt.imshow(a[1])
plt.show()
网络结构
上述已经介绍了Mask-RCNN 的结构与FasterRCNN是相同的,增加了一个分割的头,如下所示:
骨干网络ResNet-FPN用于特征提取,RPN网络进行候选区域的提取,ROIAlign获取固定大小的特征图,头部网络包括边界框识别(分类和回归)+mask预测,具体如下所示:
mask分支是一个全卷积网络,实际工作中我们使用右图较多一些,其中使用2x2的反卷积进行上采样。预测时 mask 分支输出结果 resize 到 RoI 的大小, 然后应用 0.5 的阈值进行二值化得到最终的分割结果。
损失函数
Mask-RCNN在Faster-RCNN的基础上多了一个ROIAligin和Mask预测分支,因此Mask R-CNN的损失也是多任务损失:
Lcls和Lbox与faster rcnn的定义没有区别。具体来看下Lmask。
Mask分支对每个ROI区域产生一个mxmxK的输出特征图,即K个的二值掩膜图像,其中K代表目标种类数。对于预测的二值掩膜输出,对每一个像素点应用sigmoid
函数,整体损失定义为平均二值交叉损失熵。对于真实类别为
实例分割:Mask RCNN相关推荐
- opencv 阈值分割_CVPR2019实例分割Mask Scoring RCNN
点击上方↑↑↑"OpenCV学堂"关注我 欢迎留言,参与互动讨论,发表自己的看法 作者博客: https://blog.csdn.net/linolzhang 今年的Oral,在c ...
- 目标检测分割--Mask R-CNN
Mask R-CNN ICCV2017 best paper https://arxiv.org/pdf/1703.06870 Mask R-CNN= Faster R-CNN + FCN, 大致可以 ...
- OpenCV4.0 Mask RCNN 实例分割示例 C++/Python实现
点击我爱计算机视觉标星,更快获取CVML新技术 前几天OpenCV4.0-Alpha发布,其中新增实例分割Mask RCNN模型是这次发布的亮点之一. 图像实例分割即将图像中目标检测出来并进行像素级分 ...
- 实例分割模型Mask R-CNN详解——从R-CNN,Fast R-CNN,Faster R-CNN再到Mask R-CNN
转载自 jiongnima 原文链接 https://blog.csdn.net/jiongnima/article/details/79094159 Mask R-CNN是ICCV 2017的bes ...
- 实例分割模型Mask R-CNN详解:从R-CNN,Fast R-CNN,Faster R-CNN再到Mask R-CNN
Mask R-CNN是ICCV 2017的best paper,彰显了机器学习计算机视觉领域在2017年的最新成果.在机器学习2017年的最新发展中,单任务的网络结构已经逐渐不再引人瞩目,取而代之的是 ...
- [深度学习概念]·实例分割模型Mask R-CNN详解
实例分割模型Mask R-CNN详解 基础深度学习的目标检测技术演进解析 本文转载地址 Mask R-CNN是ICCV 2017的best paper,彰显了机器学习计算机视觉领域在2017年的最新成 ...
- 图像目标分割_6 Mask RCNN
6.6.0 背景 目标检测和语义分割的效果在短时间内得到了很大的改善.在很大程度上,这些进步是由强大的基线系统驱动的,例如,分别用于目标检测和语义分割的Fast/Faster R-CNN和全卷积网络( ...
- 目标分割:Mask RCNN
日萌社 人工智能AI:Keras PyTorch MXNet TensorFlow PaddlePaddle 深度学习实战(不定时更新) 目标分割:Mask RCNN 目标分割:Mask RCNN 气 ...
- Yann LeCun等最新研究:如何对未来实例分割进行预测?
翻译 | 王柯凝 编辑 | 阿司匹林 出品 | 人工智能头条(公众号ID:AI_Thinker) [人工智能头条导读]近日,Yann LeCun 等人发表了一篇针对未来实例分割预测的论文.该论文提出了 ...
- 6.6 Mask RCNN
6.6 Mask RCNN 学习目标 目标 说明Mask RCNN的结构特点 掌握Mask RCNN的RoIAlign方法 掌握Mask RCNN的mask原理 了解Mask RCNN的主网络结构 了 ...
最新文章
- python filter()和reduce()函数用法详解
- istqb证书含金量_“性能测试” 领域含金量最高的资格认证:LoadRunner ASP
- 使用Spring 3.2的DeferredResult进行长轮询
- python反转列表不用切片_关于python:使用切片表示法反转列表
- bootstrap学习5-栅格系统
- php实现下雪场景,ps制作唯美漂亮的下雪场景gif动态图
- ModbusTCP协议,上位机通讯测试实例分享
- 清华大学ISATAP访问IPv6设置
- 如何留住你的员工——员工流失分析
- Android TextView带背景图片和自定义边框
- 娱乐,舰娘r建造公式【转】
- win10用html文件做壁纸,利用win10自带工具制作动态壁纸的简单方法
- 四旋翼自主飞行器探测跟踪系统项目的随笔
- 600道计算机二级python选择题在线真题题库
- 服务器系统如何管理网络连接不上,详解Windows Server 2008网络设置技巧技术教程...
- 参数估计(Parameter Estimation)
- 初识 love2d. Hello World lua 调试 iOS 环境运行
- 37岁,年薪50万,工作10年,被裁掉只用了10分钟(生于忧患死于安乐)
- 小轿车燃烧爆炸 洒水车变身“消防车”
- 计算机教案在幻灯片中插入影片,小学信息技术《在幻灯片中插入艺术字》说课稿...