人脸识别之bbox【det_10g】-ncnn(c++)-编程知识

模型描述

det_10g是insightface 人脸框图和人脸关键点的分类，最终能够得到人脸框图bbox，分值还有人脸五官（眼x2、鼻子x1、嘴巴x2）

由于我这里没有采用最终结果，通过onnx转换为ncnn，所以后面的步骤结果丢弃了，具体可以看另外一篇博文：模型onnx转ncnn小记-CSDN博客

输入处理

在python的时候输入和ncnn（c++）入参还是有些区别

由于模型的输入是我这边选择的是1x3x640x640，所以针对输入的图片需要进行处理，首先进行等比缩放和数据的差值和归一化处理

获取结果

把输入得到如下，9个结果

通过获取（441，443，444），（464，466，467），（487，489，490）

可以分别得到步长8, 16, 32 的三组数据，可以先了解下，目标候选框bbox的基础知识

计算坐标值和过滤

需要分别计算步长8、16和32的目标数据，下面是步骤

步骤一：结果变换维度

变换维度，方便处理和理解。

他的一组数据是（441，443，444），获取的大小是：scores=》1x2x80x80、bboxs=>1x8x80x80、kps=>1x20x80x80

通过insightface的源码可以看到，num_anchors = 2，每个位置的目标框是两组,正常来说是黑白图两种，既然是同一个位置，那么可以合并一起，所以。

1、scores：1x2x80x80 意思就是有2张图，每张图大小是80x80，有这么多分值，我们可以通过阈值把大多数的点过滤出去，默认的阈值是0.5.

2、bboxs: 1x8x80x80 每一个分数对应的四个点(x1,y1,x2,y2)*注意这个点是距离原点的相对值，还是需要计算的,这里1x8 前面1~4 是一个矩形框的点，后面的4~8是另一张图的矩形框坐标点，就是黑白图。

3、kps：1x20x80x80 每一个分数对应的五官坐标点（x,y）*注意这个点是距离原点的相对值，还是需要计算的，这里1~10 是一组坐标点，另外的10~20是另外一张图的一组坐标点，分开计算就行。

这里获取的分数scores 需要做一个sigmoid，让他映射到0~1，方便后面和阈值比较。

具体c++的sigmoid

inline float fast_exp(float x)
{union {uint32_t i;float f;} v{};v.i = (1 << 23) * (1.4426950409 * x + 126.93490512f);return v.f;
}inline float sigmoid(float x)
{return 1.0f / (1.0f + fast_exp(-x));
}

步骤二：求出坐标值

1、坐标放大

这里的bbox和kps都需要乘以8 变换为原有的，之前处理特征值做了压缩处理，压缩了8倍

每个坐标值都x8 得到原有特征图的坐标点。

bbox= bbox * 8

kps = kps * 8

2、求出真正的缩放值

bbox，这里的点都是一个便宜值，那么真正的坐标是怎么样的了，这里我们的这里返回特征图是80x80，由于这里的步长都是8，那么每个点就是这样排序下去，具体如下：

[0,0]	[8,0	[16,0]	...	[632, 0]
[0,8]	[8,8]	[16,8]	...	[632, 8]
...	...		...	...
[0,632]	[8,632]	[16,632]	...	[632,632]

总共就是80x80的数据格式点

把每个点的坐标减去bbox[0]和bbox[1]得到左上角的(x1,y1)

把每个点的坐标减去bbox[2]和bbox[3]得到右上角的(x2,y2)

这样就得到了整个的bbox的坐标值

kps：其实也是一样，他是kps 5组x和y，分别添加上特征图的坐标点就行了，这里不需要减去

类似：bbox[0] + kps[n],bbox[1] + kps[n+1]

这样就求出kps的五个坐标点

其实应该先求出分数，然后再根据分数是否符合再求出坐标点，这样效率高点，这里为了理解过程就没有考虑效率问题了。

步骤三：分值过滤出

1、根据scores所有的分值进行过滤，过滤出大于等于0.5的阈值，得到一个分值列表

2、根据过滤的列表，把kps和bbox 也过滤下，去掉分值较低的

步骤四：重复上面的步骤

重复上面步骤，依次求出步长16和32的值，然后把结果放到一个列表，按得分份排序，方便后面的NMS计算，最终一个目标对应一个方框。

步骤五：NMS非极大值抑制

1、通过分值得到了不少的坐标点bbox，但是这些框很有可能是有重复的，这里需要用NMS进行过滤

过滤的规则就是通过IOU进行合并，当计算出的IOU大于阈值这里的阈值是默认0.4，那么就合并候选框，当然是把分值低的合并给高的，所以为啥前面要进行排序了。

IOU其实就计算两个框相交的面积

看着复杂，其实计算还是挺简单的，比如

假设：A坐标（x1，y1）（x2，y2） B坐标（x3，y3）（x4，y4）

上面的坐标都是左上角和右下角坐标，几个坐标可以合并成一个矩形框

A的面积：（x2-x1） *(y2-y1)

B的面积：(x4-x3)*(y4-y3)

根据上面可以求出C的宽和高：x4=(Min(x4,x2) - Max( x3,x1)) *( Min(y4,y2)-Max(y3,y1))

当然如果求出C的宽和高小于0，那么说明A和B没有相交不需要合并。

IOU=C面积/(A面积+B面积-C面积）

如果这个IOU大于我们设置的阈值这里是0.4，那么就进行合并选择得分高的

通过轮询把所有的候选框都过滤出来，就得到了最终的候选框。

具体可以查询文章睿智的目标检测1——IOU的概念与python实例-CSDN博客

过滤坐标计算核心代码

核心部分代码：（这里没有进行转换了，直接采用mat计算，通过分值过滤，最后计算出人脸关键点和bbox边框）这样效率会稍微高点。

记得模型得出来的bbox和特征值，都是一个偏离值，最后需要乘以步长，然后如果需要再原图进行展示的话，还需要对应特征图640x640和原图的比例展示，后面才可以得出原图的坐标

下面是得出特征图的坐标值

//bbox 1x8x80x80  1x8x40x40 kps:1x20x80x80 1x20x40x40  scores:1x2x80x80  1x2x40x40 
int FaceDef::generate_proposals(ncnn::Mat& scores_blob, ncnn::Mat& bboxes_blob, ncnn::Mat& kps_blob,std::vector<ObjectDef>& objects,int stride, float threshold,int num_class) {const int dot_num = 4;//两组坐标int w = bboxes_blob.w;int h = bboxes_blob.h;int d = bboxes_blob.d;int channels = bboxes_blob.c;int dims = bboxes_blob.dims;if (channels * num_class % dot_num != 0)//通道数不正确，必须为4个坐标return -100;if (scores_blob.w != w || scores_blob.h != h)//如果形状不一致，必须形状一直return -101;if (kps_blob.w != w || kps_blob.h != h)//如果形状不一致，必须形状一直return -101;#pragma omp parallel for num_threads(net.opt.num_threads)for (int i = 0; i < w; i++){for (int j = 0; j < h; j++){for (int k = 0; k < num_class; k++) {//2组坐标float* scores = scores_blob.channel(k).row(i);scores[j] = sigmoid(scores[j]);if (threshold > 0 && threshold > scores[j]){scores[j] = 0;//阈值判断continue;//已经被剔除,此轮无需计算}//得分ObjectDef se_info;se_info.bbox.label = se_info.mat.c = k % dot_num; se_info.mat.w = i; se_info.mat.h = j;se_info.bbox.prob = scores[j];//由于坐标点是(0,0)(8,0),(16,0) ，对应我们for循环的坐标为坐标点为(j * stride,i *stride)//xfloat* arry = bboxes_blob.channel(k * dot_num).row(i);arry[j] = se_info.bbox.rect.x = (stride * j) - (arry[j] * stride);//得出边框左上角的x//yarry = bboxes_blob.channel(k* dot_num +1).row(i);arry[j] = se_info.bbox.rect.y = (stride * i) - (arry[j] * stride);//得出边框左上角的y//warry = bboxes_blob.channel(k * dot_num +2).row(i);arry[j]  = ((stride * j) + (arry[j] * stride));//得出边框右下角的xse_info.bbox.rect.width = arry[j] - se_info.bbox.rect.x;//harry = bboxes_blob.channel(k * dot_num + 3).row(i);arry[j] = ((stride * i) + (arry[j] * stride));//得出边框右下角的yse_info.bbox.rect.height = arry[j] - se_info.bbox.rect.y;for (int q = 0; q < 10; q+=2) {//5坐标 人脸关键点//x1float* kps_arry = kps_blob.channel(k * 10 + q).row(i);kps_arry[j] = (stride * j) + (kps_arry[j] * stride);se_info.kps.points[q / 2].x = kps_arry[j];//y1kps_arry = kps_blob.channel(k * 10 + q + 1).row(i);kps_arry[j] = (stride * i) + (kps_arry[j] * stride);se_info.kps.points[q / 2].y = kps_arry[j];}objects.push_back(se_info);}}}return 0;
}

其他极大值可以采用其他的我这里是采用的yolo的，得到最终效果如下