opencv︱opencv中实现行人检测：HOG+SVM（二）

接：opencv︱HOG描述符介绍+opencv中HOG函数介绍（一）
相关博文：Recorder︱图像特征检测及提取算法、基本属性、匹配方法

转载于：Opencv HOG行人检测
源码分析(一)和HOG：从理论到OpenCV实践
HOG+SVM是传统计算机视觉中的经典组合模型。

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零、行人检测综述

来源于：行人检测、跟踪与检索领域年度进展报告

行人检测，就是将一张图片中的行人检测出来，并输出bounding
box级别的结果。而如果将各个行人之间的轨迹关联起来，就变成了行人跟踪。而行人检索则是把一段视频中的某个感兴趣的人检索出来。

行人检测领域的工作大致可被归为以下三类：

• 第一类是将传统的检测方法Boosting trees 和 CNN 结合起来。张姗姗等人在CVPR 2016的工作是使用 ICF
  提取proposal，然后使用 CNN 进行重新打分来提高检测的性能；在 ECCV 2016上，中山大学林倞教授课题组使用RPN 提取
  proposal，同时提取卷积特征，然后使用 Boosting trees进行二次分类，性能得到了很大的提升。
• 第二类是解决多尺度问题，例如在视频数据中人的尺度变化问题。颜水成教授课题组提供了一种解决方法：训练两个网络，一个网络关注大尺度的人，另一个网络关注小尺度的人，在检测时将两个网络进行加权融合得到最终的结果，这样能使性能得到很大的提升；UCSD
  在 ECCV
  2016上有一个类似的工作，提出在高层提取大尺度人的特征，在低层提取小尺度人的特征，这样能保留尽量多的信息量，使得对小尺度的行人也有较好的检测效果。
• 第三类是使用语义分割信息来辅助行人检测。首先对整个图像进行语义分割，然后将分割的结果作为先验信息输入到检测网络中（包括传统的 ICF
  网络，以及现在常用的CNN），这样可以通过对整体环境的感知来提高检测的效果。

新提高检测率的科研方式：

2016年张姗姗等人从分析的角度对各个工作进行总结和归纳。通过分析错误案例来找到错误来源，并提出相应的解决方案以进一步提高检测率。研究发现，在高层级中主要有两类错误，分别是定位错误和背景分类错误。可以尝试两个解决方案，其一是针对检测框对齐性比较差这一现象，可以通过使用对齐性更好的训练样本标签来解决；而针对模型判别能力比较差的问题，可以通过在传统的 ICF 模型上使用 CNN 进行重新打分来提升检测的性能。

数据集：

CVPR 2017上将会公布一个新的行人检测数据集：CityPersons。CityPersons数据集是脱胎于语义分割任务的Cityscapes数据集，对这个数据集中的所有行人提供 bounding box 级别的对齐性好的标签。由于CityPersons数据集中的数据是在3个不同国家中的18个不同城市以及3个季节中采集的，其中单独行人的数量明显高于Caltech 和 KITTI 两个数据集。实验结果也表明，CityPersons 数据集上训练的模型在 Caltech 和 KITTI 数据集上的测试漏检率更低。也就是说，CityPersons数据集的多样性更强，因而提高了模型的泛化能力。
文中提到所有论文的下载链接为：http://pan.baidu.com/s/1eRO9xoY

一、基本理解

HOG属于特征提取，它统计梯度直方图特征。具体来说就是将梯度方向（0->360°）划分为9个区间，将图像化为16x16的若干个block,每个block在化为4个cell（8x8）。对每一个cell,算出每一点的梯度方向和模，按梯度方向增加对应bin的值，最终综合N个cell的梯度直方图形成一个高维描述子向量。实际实现的时候会有各种插值。
选用的分类器是经典的SVM。
检测框架为经典的滑动窗口法，即在位置空间和尺度空间遍历搜索检测。

原始图像打完补丁后就直接用固定的窗口在图像中移动，计算检测窗口下的梯度，形成描述子向量，然后就直接SVM了

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二、opencv实现的code

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace cv;

int main(int argc, char** argv)
{
    Mat img;
    vector found;
     img = imread(argv[1]);
    if(argc != 2 || !img.data)
    {
        printf("没有图片\n");
        return -1;
    }
    HOGDescriptor defaultHog;
    defaultHog.setSVMDetector(HOGDescriptor::getDefaultPeopleDetector());
    //进行检测
    defaultHog.detectMultiScale(img, found);
    //画长方形，框出行人
    for(int i = 0; i < found.size(); i++)
            {
        Rect r = found[i];
        rectangle(img, r.tl(), r.br(), Scalar(0, 0, 255), 3);
    }
    namedWindow("检测行人", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
    imshow("检测行人", img);
    waitKey(0);

    return 0;
}

上述过程并没有像人脸检测Demo里有Load训练好的模型的步骤，这个getDefaultPeopleDetector是默认模型，这个模型数据在OpenCV源码中是一堆常量数字，这些数字是通过原作者提供的行人样本INRIAPerson.tar训练得到的。
这里只是用到了HOG的识别模块，OpenCV把HOG包的内容比较多，既有HOG的特征提取，也有结合SVM的识别，这里的识别只有检测部分，OpenCV提供默认模型，如果使用新的模型，需要重新训练。

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三、如何降低行人检测误识率

本节转载于：机器视觉学习笔记(3)–如何降低行人检测误识率
现在的行人检测算法大多是应用HOG特征识别整体，虽然这也能达到较高的识别率，但误识别率也比较大，因此有必要进行优化识别。
通过大量样本分析发现，人体的姿态除了四肢，其他大体固定，人体示意图如图1所示。

图1：人体示意图
我们可以通过组合识别优化检测算法来实现。首先可以通过腿部识别，再在腿部的对应上区域对肩膀至头部位识别，从而降低误识率。
腿部由于走动原因姿态会有变化，所以很难用比较直观的特征去识别，可以用HOG+SVM识别腿部，如图2所示。

图2：腿部识别
肩膀至头部的边缘轮廓类似形状Ω，如图3所示。

图3：肩膀至头部轮廓形状
由此我们可以知道其形状特征大体固定，可将轮廓的Hu不变矩作为主要特征，训练识别器。识别可得，如图4所示。

图4：肩膀至头部识别
由此我可以得到最终的行人检测，如图5所示。

图5：行人检测
在本人收集的训练库上，用该算法与OPenCV自带的行人检测算法相比，误识率有显著的降低。

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四、行人检测的数据库与开源项目

1、
http://pascal.inrialpes.fr/soft/olt/行人检测开源库
简介：
Dalal于2005年提出了基于HOG特征的行人检测方法， HOG特征目前也被用在其他的目标检测与识别、图像检索和跟踪等领域中。

2、行人检测DataSets
参考于：NLP+VS︱深度学习数据集标注工具、图像语料数据库、实验室搜索ing…
（1）.基于背景建模：利用背景建模方法，提取出前景运动的目标，在目标区域内进行特征提取，然后利用分类器进行分类，判断是否包含行人；
（2）.基于统计学习的方法：这也是目前行人检测最常用的方法，根据大量的样本构建行人检测分类器。提取的特征主要有目标的灰度、边缘、纹理、颜色、梯度直方图等信息。分类器主要包括神经网络、SVM、adaboost以及现在被计算机视觉视为宠儿的深度学习。

Caltech行人数据库：http://www.vision.caltech.edu/Image_Datasets/CaltechPedestrians/

该数据库是目前规模较大的行人数据库，采用车载摄像头拍摄，约10个小时左右，视频的分辨率为640×480，30帧/秒。标注了约250,000帧（约137分钟），350000个矩形框，2300个行人，另外还对矩形框之间的时间对应关系及其遮挡的情况进行标注。数据集分为set00~set10，其中set00~set05为训练集，set06~set10为测试集（标注信息尚未公开）。性能评估方法有以下三种：（1）用外部数据进行训练，在set06~set10进行测试；（2）6-fold交叉验证，选择其中的5个做训练，另外一个做测试，调整参数，最后给出训练集上的性能；（3）用set00~set05训练，set06~set10做测试。由于测试集的标注信息没有公开，需要提交给Pitor Dollar。结果提交方法为每30帧做一个测试，将结果保存在txt文档中（文件的命名方式为I00029.txt I00059.txt ……），每个txt文件中的每行表示检测到一个行人，格式为“[left, top,width, height, score]”。如果没有检测到任何行人，则txt文档为空。该数据库还提供了相应的Matlab工具包，包括视频标注信息的读取、画ROC（Receiver Operatingcharacteristic Curve）曲线图和非极大值抑制等工具。

其他数据集可参考：行人检测：http://www.52ml.net/17004.html