Faster RCNN anchor大小及数量计算

anchors 值的含义为

在 feature maps 上进行滑窗操作(sliding window). 滑窗尺寸为 n×n, 如 3×3.
对于每个滑窗, 会生成 9 个 anchors, anchors 具有相同的中心 center=xa,center=ya, 但 anchors 具有 3 种不同的长宽比(aspect ratios) 和 3 种不同的尺度(scales)。最终，9个anchor的四个数值分别代表矩形框的左下角x,y，右上角x,y。计算是相对于原始图片尺寸的.

anchor的值是由如下步骤计算得来的:

主要包括两步:

保持 anchor 面积固定不变, 改变长宽比 aspect ratio = [0.5, 1, 2] （函数_ratio_enum(anchor, ratios)）

保持 anchor 长宽比固定不变,缩放尺度 scale = [8，16，32] （函数_scale_enum(anchor, scales)）

1. 先设置基础anchor，base=16，base_anchor为[0,0,15,15]，anchor中心(7.5,7.5)，以及面积(size=256)。
2. 计算基础anchor的面积，分别除以ratio[0.5,1,2]，得到 [512,256,128]
3. anchor的宽度w由三个面积的平方根值确定,得到 w[23,16,11]
4. anchor的高度h由[23,16,11]*[0.5,1,2]确定,得到 h[12,16,22]。
5. 由anchor的中心以及不同的宽和高可以得到此时的anchors。此处为[-3.5, 2. , 18.5, 13. ], [ 0. , 0. , 15. , 15. ], [ 2.5, -3. , 12.5, 18. ]

例 xa=7.5, ya=7.5，w=23，h=12，

x_left = xa-(w-1)/2=-3.5, y_left = ya-(h-1)/2 = 2,

x_right = xa+(w-1)/2 = 18.5, y_right = ya+(h-1)/2=13

6. 利用三种不同的scales[8,16,32]分别去扩大anchors，扩大的方法是先计算出来上一步的anchor的中心以及宽高，使宽高分别乘以scale，然后再利用中心和新的宽高计算出最终所要的anchors

例如： xa=7.5, ya=7.5, w=23*8, h=12*8, x_min=xa-(w*scale-1)/2 = 7.5-(23*8-1)/2=84 ==> -83 -39 100 56

"""
generate_anchors.py
"""
import numpy as np# Verify that we compute the same anchors as Shaoqing's matlab implementation:
#
#    >> load output/rpn_cachedir/faster_rcnn_VOC2007_ZF_stage1_rpn/anchors.mat
#    >> anchors
#
#    anchors =
#
#       -83   -39   100    56
#      -175   -87   192   104
#      -359  -183   376   200
#       -55   -55    72    72
#      -119  -119   136   136
#      -247  -247   264   264
#       -35   -79    52    96
#       -79  -167    96   184
#      -167  -343   184   360# array([[ -83.,  -39.,  100.,   56.],
#        [-175.,  -87.,  192.,  104.],
#        [-359., -183.,  376.,  200.],
#        [ -55.,  -55.,   72.,   72.],
#        [-119., -119.,  136.,  136.],
#        [-247., -247.,  264.,  264.],
#        [ -35.,  -79.,   52.,   96.],
#        [ -79., -167.,   96.,  184.],
#        [-167., -343.,  184.,  360.]])def generate_anchors(stride=16, sizes=(32, 64, 128, 256, 512), aspect_ratios=(0.5, 1, 2)):"""生成 anchor boxes 矩阵，其格式为 (x1, y1, x2, y2).Anchors 是以 stride / 2 的中心，逼近指定大小的平方根面积(sqrt areas),长宽比Anchors are centered on stride / 2, have (approximate) sqrt areas of the specifiedsizes, and aspect ratios as given."""return _generate_anchors(stride,np.array(sizes, dtype=np.float) / stride,np.array(aspect_ratios, dtype=np.float) )def _generate_anchors(base_size, scales, aspect_ratios):"""通过枚举关于参考窗口window (0, 0, base_size - 1, base_size - 1) 的长宽比(aspect ratios) X scales，来生成 anchore 窗口(参考窗口 reference windows)."""anchor = np.array([1, 1, base_size, base_size], dtype=np.float) - 1anchors = _ratio_enum(anchor, aspect_ratios)anchors = np.vstack([_scale_enum(anchors[i, :], scales) for i in range(anchors.shape[0])])return anchorsdef _whctrs(anchor):"""返回 anchor 窗口的 width, height, x center,  y center."""w = anchor[2] - anchor[0] + 1h = anchor[3] - anchor[1] + 1x_ctr = anchor[0] + 0.5 * (w - 1)y_ctr = anchor[1] + 0.5 * (h - 1)return w, h, x_ctr, y_ctrdef _mkanchors(ws, hs, x_ctr, y_ctr):"""给定 center(x_ctr, y_ctr) 及 widths (ws)，heights (hs) 向量，输出 anchors窗口window 集合."""ws = ws[:, np.newaxis]hs = hs[:, np.newaxis]anchors = np.hstack( (x_ctr - 0.5 * (ws - 1), y_ctr - 0.5 * (hs - 1),x_ctr + 0.5 * (ws - 1), y_ctr + 0.5 * (hs - 1) ) )return anchorsdef _ratio_enum(anchor, ratios):"""对于每个关于一个 anchor 的长宽比aspect ratio，枚举 anchors 集合."""w, h, x_ctr, y_ctr = _whctrs(anchor)size = w * hsize_ratios = size / ratiosws = np.round(np.sqrt(size_ratios))hs = np.round(ws * ratios)anchors = _mkanchors(ws, hs, x_ctr, y_ctr)return anchorsdef _scale_enum(anchor, scales):"""对于每个关于一个 anchor 的尺度scale，枚举 anchors 集合.Enumerate a set of anchors for each scale wrt an anchor."""w, h, x_ctr, y_ctr = _whctrs(anchor)ws = w * scaleshs = h * scalesanchors = _mkanchors(ws, hs, x_ctr, y_ctr)return anchorsif __name__ == '__main__':print 'Anchor Generating ...'anchors = generate_anchors()print anchorsprint 'Done.'

参考：

https://blog.csdn.net/zziahgf/article/details/79895804

https://blog.csdn.net/wphkadn/article/details/87915495