Изменение кода прогнозирования Caffe С++ для нескольких входов

Я реализовал модифицированную версию Caffe С++ example, и, хотя она работает очень хорошо, она невероятно медленна, потому что она принимает изображения только один за другим. В идеале я бы хотел передать Caffe вектор из 200 изображений и вернуть наилучшее предсказание для каждого из них. Я получил некоторую отличную помощь от Fanglin Wang и выполнил некоторые из его рекомендаций, но у меня все еще возникают проблемы с поиском наилучшего результата из каждого изображения.

Теперь метод Classify передает вектор объектов cv::Mat (переменная input_channels), который является вектором изображений с плавающей точкой в ​​оттенках серого. Я исключил метод предварительной обработки кода, потому что мне не нужно преобразовывать эти изображения в плавающую точку или вычитать среднее изображение. Я также пытался избавиться от переменной N, потому что я хочу только вернуть верхнее предсказание и вероятность для каждого изображения.

#include "Classifier.h"
using namespace caffe;
using std::string;

Classifier::Classifier(const string& model_file, const string& trained_file, const string& label_file) {
#ifdef CPU_ONLY
  Caffe::set_mode(Caffe::CPU);
#else
  Caffe::set_mode(Caffe::GPU);
#endif

  /* Load the network. */
  net_.reset(new Net<float>(model_file, TEST));
  net_->CopyTrainedLayersFrom(trained_file);

  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];
  num_channels_ = input_layer->channels();
  input_geometry_ = cv::Size(input_layer->width(), input_layer->height());

  /* Load labels. */
  std::ifstream labels(label_file.c_str());
  CHECK(labels) << "Unable to open labels file " << label_file;
  string line;
  while (std::getline(labels, line))
    labels_.push_back(string(line));

  Blob<float>* output_layer = net_->output_blobs()[0];
  CHECK_EQ(labels_.size(), output_layer->channels())
    << "Number of labels is different from the output layer dimension.";
}

static bool PairCompare(const std::pair<float, int>& lhs, const std::pair<float, int>& rhs) {
  return lhs.first > rhs.first;
}

/* Return the indices of the top N values of vector v. */
static std::vector<int> Argmax(const std::vector<float>& v, int N) {
  std::vector<std::pair<float, int> > pairs;
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    pairs.push_back(std::make_pair(v[i], i));
  std::partial_sort(pairs.begin(), pairs.begin() + N, pairs.end(), PairCompare);

  std::vector<int> result;
  for (int i = 0; i < N; ++i)
    result.push_back(pairs[i].second);
  return result;
}

/* Return the top N predictions. */
std::vector<Prediction> Classifier::Classify(const std::vector<cv::Mat> &input_channels) {
  std::vector<float> output = Predict(input_channels);

    std::vector<int> maxN = Argmax(output, 1);
    int idx = maxN[0];
    predictions.push_back(std::make_pair(labels_[idx], output[idx]));
    return predictions;
}

std::vector<float> Classifier::Predict(const std::vector<cv::Mat> &input_channels, int num_images) {
  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];
  input_layer->Reshape(num_images, num_channels_,
                       input_geometry_.height, input_geometry_.width);
  /* Forward dimension change to all layers. */
  net_->Reshape();

  WrapInputLayer(&input_channels);

  net_->ForwardPrefilled();

  /* Copy the output layer to a std::vector */
  Blob<float>* output_layer = net_->output_blobs()[0];
  const float* begin = output_layer->cpu_data();
  const float* end = begin + num_images * output_layer->channels();
  return std::vector<float>(begin, end);
}

/* Wrap the input layer of the network in separate cv::Mat objects (one per channel). This way we save one memcpy operation and we don't need to rely on cudaMemcpy2D. The last preprocessing operation will write the separate channels directly to the input layer. */
void Classifier::WrapInputLayer(std::vector<cv::Mat>* input_channels) {
  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];

  int width = input_layer->width();
  int height = input_layer->height();
  float* input_data = input_layer->mutable_cpu_data();
  for (int i = 0; i < input_layer->channels() * num_images; ++i) {
    cv::Mat channel(height, width, CV_32FC1, input_data);
    input_channels->push_back(channel);
    input_data += width * height;
  }
}

UPDATE

Спасибо за вашу помощь Шай, я внес изменения, которые вы рекомендовали, но, похоже, вы получаете некоторые странные проблемы компиляции, которые я не могу решить (мне удалось разобраться в нескольких проблемах).

Это изменения, которые я сделал:

Файл заголовка:

#ifndef __CLASSIFIER_H__
#define __CLASSIFIER_H__

#include <caffe/caffe.hpp>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <algorithm>
#include <iosfwd>
#include <memory>
#include <string>
#include <utility>
#include <vector>


using namespace caffe;  // NOLINT(build/namespaces)
using std::string;

/* Pair (label, confidence) representing a prediction. */
typedef std::pair<string, float> Prediction;

class Classifier {
 public:
  Classifier(const string& model_file,
             const string& trained_file,
             const string& label_file);

  std::vector< std::pair<int,float> > Classify(const std::vector<cv::Mat>& img);

 private:

  std::vector< std::vector<float> > Predict(const std::vector<cv::Mat>& img, int nImages);

  void WrapInputLayer(std::vector<cv::Mat>* input_channels, int nImages);

  void Preprocess(const std::vector<cv::Mat>& img,
                  std::vector<cv::Mat>* input_channels, int nImages);

 private:
  shared_ptr<Net<float> > net_;
  cv::Size input_geometry_;
  int num_channels_;
  std::vector<string> labels_;
};

#endif /* __CLASSIFIER_H__ */

Файл класса:

#define CPU_ONLY
#include "Classifier.h"

using namespace caffe;  // NOLINT(build/namespaces)
using std::string;

Classifier::Classifier(const string& model_file,
                       const string& trained_file,
                       const string& label_file) {
#ifdef CPU_ONLY
  Caffe::set_mode(Caffe::CPU);
#else
  Caffe::set_mode(Caffe::GPU);
#endif

  /* Load the network. */
  net_.reset(new Net<float>(model_file, TEST));
  net_->CopyTrainedLayersFrom(trained_file);

  CHECK_EQ(net_->num_inputs(), 1) << "Network should have exactly one input.";
  CHECK_EQ(net_->num_outputs(), 1) << "Network should have exactly one output.";

  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];
  num_channels_ = input_layer->channels();
  CHECK(num_channels_ == 3 || num_channels_ == 1)
    << "Input layer should have 1 or 3 channels.";
  input_geometry_ = cv::Size(input_layer->width(), input_layer->height());

  /* Load labels. */
  std::ifstream labels(label_file.c_str());
  CHECK(labels) << "Unable to open labels file " << label_file;
  string line;
  while (std::getline(labels, line))
    labels_.push_back(string(line));

  Blob<float>* output_layer = net_->output_blobs()[0];
  CHECK_EQ(labels_.size(), output_layer->channels())
    << "Number of labels is different from the output layer dimension.";
}

static bool PairCompare(const std::pair<float, int>& lhs,
                        const std::pair<float, int>& rhs) {
  return lhs.first > rhs.first;
}

/* Return the indices of the top N values of vector v. */
static std::vector<int> Argmax(const std::vector<float>& v, int N) {
  std::vector<std::pair<float, int> > pairs;
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
    pairs.push_back(std::make_pair(v[i], i));
  std::partial_sort(pairs.begin(), pairs.begin() + N, pairs.end(), PairCompare);

  std::vector<int> result;
  for (int i = 0; i < N; ++i)
    result.push_back(pairs[i].second);
  return result;
}

std::vector< std::pair<int,float> > Classifier::Classify(const std::vector<cv::Mat>& img) {
  std::vector< std::vector<float> > output = Predict(img, img.size());

  std::vector< std::pair<int,float> > predictions;
  for ( int i = 0 ; i < output.size(); i++ ) {
    std::vector<int> maxN = Argmax(output[i], 1);
    int idx = maxN[0];
    predictions.push_back(std::make_pair(labels_[idx], output[idx]));
  }
  return predictions;
}

std::vector< std::vector<float> > Classifier::Predict(const std::vector<cv::Mat>& img, int nImages) {
  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];
  input_layer->Reshape(nImages, num_channels_,
                       input_geometry_.height, input_geometry_.width);
  /* Forward dimension change to all layers. */
  net_->Reshape();

  std::vector<cv::Mat> input_channels;
  WrapInputLayer(&input_channels, nImages);

  Preprocess(img, &input_channels, nImages);

  net_->ForwardPrefilled();

  /* Copy the output layer to a std::vector */

  Blob<float>* output_layer = net_->output_blobs()[0];
  std::vector <std::vector<float> > ret;
  for (int i = 0; i < nImages; i++) {
    const float* begin = output_layer->cpu_data() + i*output_layer->channels();
    const float* end = begin + output_layer->channels();
    ret.push_back( std::vector<float>(begin, end) );
  }
  return ret;
}

/* Wrap the input layer of the network in separate cv::Mat objects
 * (one per channel). This way we save one memcpy operation and we
 * don't need to rely on cudaMemcpy2D. The last preprocessing
 * operation will write the separate channels directly to the input
 * layer. */
void Classifier::WrapInputLayer(std::vector<cv::Mat>* input_channels, int nImages) {
  Blob<float>* input_layer = net_->input_blobs()[0];

  int width = input_layer->width();
  int height = input_layer->height();
  float* input_data = input_layer->mutable_cpu_data();
  for (int i = 0; i < input_layer->channels()* nImages; ++i) {
    cv::Mat channel(height, width, CV_32FC1, input_data);
    input_channels->push_back(channel);
    input_data += width * height;
  }
}

void Classifier::Preprocess(const std::vector<cv::Mat>& img,
                            std::vector<cv::Mat>* input_channels, int nImages) {
  for (int i = 0; i < nImages; i++) {
      vector<cv::Mat> channels;
      cv::split(img[i], channels);
      for (int j = 0; j < channels.size(); j++){
           channels[j].copyTo((*input_channels)[i*num_channels_[0]+j]);
      }
  }
}

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Если я правильно понимаю вашу проблему, вы вводите n изображения, ожидая пары n (label, prob), но получая только одну такую ​​пару.

Я считаю, что эти модификации должны сделать трюк для вас:

  • Classifier::Predict должен возвращать vector< vector<float> >, то есть вектор вероятностей на входное изображение. Это vector размера n векторов размера output_layer->channels():

    std::vector< std::vecot<float> > 
Classifier::Predict(const std::vector<cv::Mat> &input_channels, 
                    int num_images) {
  // same code here...

  /* changes here: Copy the output layer to a std::vector */
  Blob<float>* output_layer = net_->output_blobs()[0];
  std::vector< std::vector<float> > ret;
  for ( int i = 0 ; i < num_images ; i++ ) {
      const float* begin = output_layer->cpu_data() + i*output_layer->channels();
      const float* end = begin + output_layer->channels();
      ret.push_back( std::vector<float>(begin, end) );
  }
  return ret;
}

  • В Classifier::Classify вам необходимо обрабатывать каждый vector<float> через Argmax независимо:

     std::vector< std::pair<int,float> > 
 Classifier::Classify(const std::vector<cv::Mat> &input_channels) {

   std::vector< std::vector<float> > output = Predict(input_channels);

   std::vector< std::pair<int,float> > predictions;
   for ( int i = 0 ; i < output.size(); i++ ) {
       std::vector<int> maxN = Argmax(output[i], 1);
       int idx = maxN[0];
       predictions.push_back(std::make_pair(labels_[idx], output[idx]));
   }
   return predictions;
 }

Ответ 2

К сожалению, я не считаю, что была реализована параллелизация переходов в сети. Однако, если вы хотите, чтобы вы могли просто реализовать свою собственную оболочку для повторного запуска данных через копии вашей сети параллельно?

Посмотрите Сколько изображений вы можете передать в Caffe за раз?

В связанном prototxt все, что вам нужно определить,

input_shape {
  dim: 64 // num of images
  dim: 1
  dim: 28 // height
  dim: 28 // width
}

Существующая реализация оценивает партию из 64 изображений, но не обязательно параллельно. Однако при запуске на графическом процессоре обработка пакета из 64 будет быстрее, чем 64 пакета с одним изображением.