VGG_face Caffe 微调(finetuing)详细教程（一）
引言
VGG Face Descriptor 是牛津大学VGG小组的工作，现在已经开源训练好的网络结构和模型参数，本文将基于此模型在caffe上使用其他的人脸数据进行模型微调，并验证微调结果。
一.额外的人脸数据集和预微调模型
要对训练好的模型进行微调，首先我们得自己准备额外的人脸数据。这里我选用IMM人脸数据库，该人脸数据库包括了240张人脸图片,共40个人(7女33男),每人6张人脸图片,每张人脸图片被标记了58个特征点。
下载连接：http://www.imm.dtu.dk/~aam/
可能上面的连接下载速度会过慢，我上传到了博客上面供大家下载：
https://download.csdn.net/download/huxiny/10751345
下图是IMM数据库的人脸图:
既然要进行微调，我们得有训练好的caffemodel，到下面地址下载：
http://www.robots.ox.ac.uk/~vgg/software/vgg_face/
二.数据处理
IMM数据库里的图片是不能直接用的，这里我们需要做一下数据处理，将图片数据转化为lmdb数据。
将图片数据转化为lmdb数据我们需要一个txt文件，这个txt文件内容是怎么样的？ 如下图所示：
文件内容格式很简单，文件名 (空格) 文件所属类。
我们这里拥有40个小伙子，当然就有40个类，不过类的编号要从0开始(这是caffe的规定)，也就是0~39。
这个文件的生成很简单，先别急，我们等会在关心这个文件，在此之前我们需要将这240张图片分配到3个文件夹下面，这3个文件夹分别是train 、test和val。
train文件夹用于存放对模型微调所需要的人脸数据；
test文件夹用于存放微调过程中测试所用的人脸数据；
val文件夹用于存放模型微调结束后用于验证模型的人脸数据。
我们直接使用下面命令移动图面就好了：
mv *-6*.jpg test
mv *-5*.jpg val
40个人，每个人有6张照片，我们把所有人的第6张照片放到test文件夹中，同理将第5张照片放到val文件夹中，剩下的放到train文件夹中用于训练。
接下来就该生成train.txt和test.txt文件了(不用生成val.txt)，这里我用的是python脚本生成的，很简单，但是我还是把代码贴一下：
import os
def file_name(file_dir):
for root, dirs, files in os.walk(file_dir):
return files
def writeToFile(fileName, lines):
with open(fileName, 'w') as f: # 若文件不存在则会创建一个
f.writelines(lines)
lines = []
fileNames = file_name('yourPath/train')
for i in range(0, len(fileNames)):
num = str(int(fileNames[i].split('-')[0]) - 1)
line = fileNames[i] + ' ' + num + '\n'
lines.append(line)
writeToFile('yourPath/train.txt', lines)
改一下路径就可以用了。
接下来到我们的这小一步的最终目的，将train文件夹和test文件夹内的人脸数据转化为lmdb数据。
这里我们使用的是caffe提供给我们的一个convert_imageset工具，该工具在caffe_root/build/tools/ 目录下。
这里写一个脚本来完成lmdb的转化：(如果你不嫌麻烦的话你可以直接调用命令来实现)
#!/usr/bin/env sh
MY=/home/pzs/husin/caffePython/husin_download/VGG_face
echo "Create train lmdb..."
rm -rf $MY/img_train_lmdb
/home/pzs/caffe/caffe/build/tools/convert_imageset --shuffle --resize_height=224 --resize_width=224 $MY/train/ $MY/train.txt $MY/img_train_lmdb
echo "Create test lmdb..."
rm -rf $MY/img_test_lmdb
/home/pzs/caffe/caffe/build/tools/convert_imageset --shuffle --resize_height=224 --resize_width=224 $MY/test/ $MY/test.txt $MY/img_test_lmdb
echo "All Done"
同样的，改一下路径就可以用了。
这里说明一下，vgg_face输入的图片大小格式为224×224，所以使用resize_height和resize_width参数将图片大小转换为224×224。
运行脚本后，得到两个文件夹：
每个文件夹内都有两个文件：
不过我们不用关心这两个文件夹里的内容，我们只需要得到这两个文件夹就够了，这里只是提一下，有兴趣的同学可以深入了解。
三.生成均值文件
caffe样本均值文件的作用这里就不说了，百度一下就都明白了，这里只说明怎么生成均值文件。
caffe程序提供了一个计算均值的文件compute_image_mean.cpp，我们直接使用就可以了：
# sudo build/tools/compute_image_mean yourPath/img_train_lmdb yourPath/mean.binaryproto
当然你可以可写成脚本，方便下次使用。
compute_image_mean带两个参数，第一个参数是lmdb训练数据位置，第二个参数设定均值文件的名字及保存路径。
运行成功后，会在 yourPath/ 下面生成一个mean.binaryproto的均值文件。
四.caffe训练相关配置文件修改
接下来我们要创建一个train_test.prototxt文件，该文件内容是神经网络结构的描述，你可以自己写，也可以复制下面的代码，注意要改动的地方都标出来了。
name: "VGG_FACE_16_Net"
layer {
name: "data"
type: "Data"
top: "data"
top: "label"
data_param {
source: "$/train_lmdb" # 这里修改，train数据的lmdb文件地址
backend:LMDB
batch_size: 100 # 这里修改，根据自己情况修改，我改为了4
}
transform_param {
mean_file: "$/mean.binaryproto" # 这里修改，均值文件地址
mirror: true
}
include: { phase: TRAIN }
}
layer {
name: "data"
type: "Data"
top: "data"
top: "label"
data_param {
source: "$/test_lmdb" # 这里修改，test数据的lmdb文件地址
backend:LMDB
batch_size: 25 # 这里修改，根据自己情况修改，我改为了4
}
transform_param {
mean_file: "$/mean.binaryproto" # 这里修改，均值文件地址
mirror: true
}
include: {
phase: TEST
}
}
layer {
name: "conv1_1"
type: "Convolution"
bottom: "data"
top: "conv1_1"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 64
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu1_1"
type: "ReLU"
bottom: "conv1_1"
top: "conv1_1"
}
layer {
name: "conv1_2"
type: "Convolution"
bottom: "conv1_1"
top: "conv1_2"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 64
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu1_2"
type: "ReLU"
bottom: "conv1_2"
top: "conv1_2"
}
layer {
name: "pool1"
type: "Pooling"
bottom: "conv1_2"
top: "pool1"
pooling_param {
pool: MAX
kernel_size: 2
stride: 2
}
}
layer {
name: "conv2_1"
type: "Convolution"
bottom: "pool1"
top: "conv2_1"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 128
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu2_1"
type: "ReLU"
bottom: "conv2_1"
top: "conv2_1"
}
layer {
name: "conv2_2"
type: "Convolution"
bottom: "conv2_1"
top: "conv2_2"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 128
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu2_2"
type: "ReLU"
bottom: "conv2_2"
top: "conv2_2"
}
layer {
name: "pool2"
type: "Pooling"
bottom: "conv2_2"
top: "pool2"
pooling_param {
pool: MAX
kernel_size: 2
stride: 2
}
}
layer {
name: "conv3_1"
type: "Convolution"
bottom: "pool2"
top: "conv3_1"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 256
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu3_1"
type: "ReLU"
bottom: "conv3_1"
top: "conv3_1"
}
layer {
name: "conv3_2"
type: "Convolution"
bottom: "conv3_1"
top: "conv3_2"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 256
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu3_2"
type: "ReLU"
bottom: "conv3_2"
top: "conv3_2"
}
layer {
name: "conv3_3"
type: "Convolution"
bottom: "conv3_2"
top: "conv3_3"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 256
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu3_3"
type: "ReLU"
bottom: "conv3_3"
top: "conv3_3"
}
layer {
name: "pool3"
type: "Pooling"
bottom: "conv3_3"
top: "pool3"
pooling_param {
pool: MAX
kernel_size: 2
stride: 2
}
}
layer {
name: "conv4_1"
type: "Convolution"
bottom: "pool3"
top: "conv4_1"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu4_1"
type: "ReLU"
bottom: "conv4_1"
top: "conv4_1"
}
layer {
name: "conv4_2"
type: "Convolution"
bottom: "conv4_1"
top: "conv4_2"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu4_2"
type: "ReLU"
bottom: "conv4_2"
top: "conv4_2"
}
layer {
name: "conv4_3"
type: "Convolution"
bottom: "conv4_2"
top: "conv4_3"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu4_3"
type: "ReLU"
bottom: "conv4_3"
top: "conv4_3"
}
layer {
name: "pool4"
type: "Pooling"
bottom: "conv4_3"
top: "pool4"
pooling_param {
pool: MAX
kernel_size: 2
stride: 2
}
}
layer {
name: "conv5_1"
type: "Convolution"
bottom: "pool4"
top: "conv5_1"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu5_1"
type: "ReLU"
bottom: "conv5_1"
top: "conv5_1"
}
layer {
name: "conv5_2"
type: "Convolution"
bottom: "conv5_1"
top: "conv5_2"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu5_2"
type: "ReLU"
bottom: "conv5_2"
top: "conv5_2"
}
layer {
name: "conv5_3"
type: "Convolution"
bottom: "conv5_2"
top: "conv5_3"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
convolution_param {
num_output: 512
kernel_size: 3
pad: 1
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "relu5_3"
type: "ReLU"
bottom: "conv5_3"
top: "conv5_3"
}
layer {
name: "pool5"
type: "Pooling"
bottom: "conv5_3"
top: "pool5"
pooling_param {
pool: MAX
kernel_size: 2
stride: 2
}
}
layer {
name: "fc6"
type: "InnerProduct"
bottom: "pool5"
top: "fc6"
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
inner_product_param {
num_output: 4096
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.005
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 1
}
}
}
layer {
name: "relu6"
type: "ReLU"
bottom: "fc6"
top: "fc6"
}
layer {
name: "drop6"
type: "Dropout"
bottom: "fc6"
top: "fc6"
dropout_param {
dropout_ratio: 0.5
}
}
layer {
name: "fc7"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc6"
top: "fc7"
# Note that lr_mult can be set to 0 to disable any fine-tuning of this, and any other, layer
param {
lr_mult: 1
decay_mult: 1
}
param {
lr_mult: 2
decay_mult: 0
}
inner_product_param {
num_output: 4096
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.005
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 1
}
}
}
layer {
name: "relu7"
type: "ReLU"
bottom: "fc7"
top: "fc7"
}
layer {
name: "drop7"
type: "Dropout"
bottom: "fc7"
top: "fc7"
dropout_param {
dropout_ratio: 0.5
}
}
layer {
name: "fc8_flickr"
type: "InnerProduct"
bottom: "fc7"
top: "fc8_flickr"
# lr_mult is set to higher than for other layers, because this layer is starting from random while the others are already trained
propagate_down: false
inner_product_param {
num_output: 356 #这里修改，改为对应的分类数，有40人，应改为40
weight_filler {
type: "gaussian"
std: 0.01
}
bias_filler {
type: "constant"
value: 0
}
}
}
layer {
name: "accuracy"
type: "Accuracy"
bottom: "fc8_flickr"
bottom: "label"
top: "accuracy"
include {
phase: TEST
}
}
layer {
name: "loss"
type: "SoftmaxWithLoss"
bottom: "fc8_flickr"
bottom: "label"
top: "loss"
}
接着我们还要创建一个solver.prototxt文件，该文件内容是整个神经网络的一些超参数：
net: "/home/pzs/husin/caffePython/husin_download/VGG_face/train_test.prototxt" # 改
test_iter: 40
test_interval: 10
# lr for fine-tuning should be lower than when starting from scratch
base_lr: 0.001
lr_policy: "step"
gamma: 0.1
# stepsize should also be lower, as we're closer to being done
stepsize: 20000
display: 20
max_iter: 1000
momentum: 0.9
weight_decay: 0.0005
snapshot: 20
snapshot_prefix: "/home/pzs/husin/caffePython/husin_download/VGG_face/snapshot" # 改
# uncomment the following to default to CPU mode solving
solver_mode: CPU
这个文件没什么要改的了(但路径还是要该的)，直接复制就好了，若了解参数的含义可以自行按照自己的需求优化调整。
五.训练
在训练之前，我们先创建一个snapshot文件夹，该文件夹保存训练过程中的caffemodel文件，solver.prototxt文件中的snapshot_prefix项指定路径，snapshot:20表示迭代20次保存一次caffemodel。
开始训练：
caffe_root/build/tools/caffe train -solver yourPath/solver.prototxt -weights yourPath/VGG_FACE.caffemodel
运行上面命令就可以开始训练了，使用的是caffe自带的工具来运行的，solver参数后面跟着solver文件地址，weights参数后面跟着需要进行微调的caffemodel。
训练结果：
这里我用单核CPU迭代了1000次，花费了近8个小时，所以有GPU就用GPU吧。
精度竟然达到了100%，你敢信？
接下来我还会写一篇验证模型的文章，介绍如何使用训练好的caffe模型。
结束语
该文章是本人对caffe学习的阶段总结，有错误之处还请大家指出，以共同学习。
And let us not be weary in well-doing, for in due season, we shall reap, if we faint not