人脸检测算法

https://handong1587.github.io/deep_learning/2015/10/09/object-detection.html

人脸识别各论文参考

知乎一个栏目：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25025596

首先介绍一下常用人脸检测的常用数据库：

FDDB和WIDER FACE

FDDB总共2845张图像，5171张，人脸非约束环境，人脸的难度较大，有面部表情，双下巴，光照变化，穿戴，夸张发型，遮挡等难点，是目标最常用的数据库。有以下特点：

• 图像分辨率较小，所有图像的较长边缩放到450，也就是说所有图像都小于450*450，最小标注人脸20*20，包括彩色和灰度两类图像；
• 每张图像的人脸数量偏少，平均1.8人脸/图，绝大多数图像都只有一人脸；
• 数据集完全公开，published methods通常都有论文，大部分都开源代码且可以复现，可靠性高；unpublished methods没有论文没有代码，无法确认它们的训练集是否完全隔离，持怀疑态度最好，通常不做比较。（扔几张FDDB的图像到训练集，VJ也可以训练出很高的召回率。。需要考虑人品能不能抵挡住利益的诱惑）
• 有其他隔离数据集无限制训练再FDDB测试，和FDDB十折交叉验证两种，鉴于FDDB图像数量较少，近几年论文提交结果也都是无限制训练再FDDB测试方式，所以，如果要和published methods提交结果比较，请照做。山世光老师也说十折交叉验证通常会高1~3%。
• 结果有离散分数discROC和连续分数contROC两种，discROC仅关心IoU是不是大于0.5，contROC是IoU越大越好。鉴于大家都采用无限制训练加FDDB测试的方式，detector会继承训练数据集的标注风格，继而影响contROC，所以discROC比较重要，contROC看看就行了，不用太在意。

WIDER FACE：

WIDER FACE总共32203图像，393703标注人脸，目前难度最大，各种难点比较全面：尺度，姿态，遮挡，表情，化妆，光照等。有以下特点有：

• 图像分辨率普遍偏高，所有图像的宽都缩放到1024，最小标注人脸10*10，都是彩色图像；
• 每张图像的人脸数据偏多，平均12.2人脸/图，密集小人脸非常多；
• 分训练集train/验证集val/测试集test，分别占40%/10%/50%，而且测试集的标注结果(ground truth)没有公开，需要提交结果给官方比较，更加公平公正，而且测试集非常大，结果可靠性极高；
• 根据EdgeBox的检测率情况划分为三个难度等级：Easy, Medium, Hard。

有关人脸识别，主要分为两个步骤算法，人脸检测算法和人脸识别算法。本文总结介绍最近几年常用的人脸检测算法，方便自己以后参考。

1.SSD

这篇博文介绍了SSD跑自己数据的做法

https://blog.csdn.net/wfei101/article/details/78821575

SSD关键点分为两类：模型结构和训练方法。模型结构包括：多尺度特征图检测网络结构和anchor boxes生成；训练方法包括：ground truth预处理和损失函数。

文章的核心之一是作者同时采用lower和upper的feature map做检测。假定有8×8和4×4两种不同的feature map。第一个概念是feature map cell，feature map cell 是指feature map中每一个小格子，假设分别有64和16个cell。另外有一个概念：default box，是指在feature map的每个小格(cell)上都有一系列固定大小的box，如下图有4个（下图中的虚线框，仔细看格子的中间有比格子还小的一个box）。假设每个feature map cell有k个default box，那么对于每个default box都需要预测c个类别score和4个offset，那么如果一个feature map的大小是m×n，也就是有m*n个feature map cell，那么这个feature map就一共有（c+4）*k * m*n 个输出。这些输出个数的含义是：采用3×3的卷积核对该层的feature map卷积时卷积核的个数，包含两部分（实际code是分别用不同数量的3*3卷积核对该层feature map进行卷积）：数量ckmn是confidence输出，表示每个default box的confidence，也就是类别的概率；数量4kmn是localization输出，表示每个default box回归后的坐标）。训练中还有一个东西：prior box，是指实际中选择的default box（每一个feature map cell 不是k个default box都取）。也就是说default box是一种概念，prior box则是实际的选取。训练中一张完整的图片送进网络获得各个feature map，对于正样本训练来说，需要先将prior box与ground truth box做匹配，匹配成功说明这个prior box所包含的是个目标，但离完整目标的ground truth box还有段距离，训练的目的是保证default box的分类confidence的同时将prior box尽可能回归到ground truth box。 举个列子：假设一个训练样本中有2个ground truth box，所有的feature map中获取的prior box一共有8732个。那个可能分别有10、20个prior box能分别与这2个ground truth box匹配上。训练的损失包含定位损失和回归损失两部分。

SSD算法的缺点：优势是速度快，在GPU上能实时，缺点是对密集小目标的检测比较差，而人脸刚好是密集小目标，这类方法的研究重点是提高密集小目标的检测性能，同时速度也需要尽可能快，GPU实时算法在应用中依然受限。

2.S3FD

github代码：

https://github.com/sfzhang15/SFD

这篇文章对anchor对小人脸检测率低的问题进行了分析和改进。

基于anchor方法的缺点：

Anchor-based方法没有scale-invariant（尺度不变性）.对大物体检测的好，对小物体不行。

没有尺度不变性的原因：

• 不适当的网络结构：后面的步长会变很大，会忽略掉一部分小的物体
• anchor合适问题：因为anchor设计的问题，导致有些小脸没有足够多的anchor与其相匹配，故而降低了检测率。
• anchor尺寸问题：若降低anchor的尺度（如在conv3_3加入小尺度的anchor），会大大增加负样本数量。

改进：

• 作者重新设置了anchor的尺度。并且作者认为stride决定了anchor的间隔。所以设置每层stride的大小为每层anchor尺度的1/4.作者称其为equal-proportion interval principle。
• 为了使某些小物体有足够多的anchor与其相匹配，所以适当降低了阈值。

速度比较慢。

3.MTCNN

该算法直接实现了人脸检测和人脸对其。其结构是是三个CNN级联：

​ P-net R-net O-net

​ 主要是人脸landmark检测

Stage 1：使用P-Net是一个全卷积网络，用来生成候选窗和边框回归向量(bounding box regression vectors)。使用Bounding box regression的方法来校正这些候选窗，使用非极大值抑制（NMS）合并重叠的候选框。全卷积网络和Faster R-CNN中的RPN一脉相承。

Stage 2：使用N-Net改善候选窗。将通过P-Net的候选窗输入R-Net中，拒绝掉大部分false的窗口，继续使用Bounding box regression和NMS合并。

Stage 3：最后使用O-Net输出最终的人脸框和特征点位置。和第二步类似，但是不同的是生成5个特征点位置。

该代码实现了mtcnn人脸检测部分：（最终结果为画框）

https://github.com/DuinoDu/mtcnn

该代码实现了mtcnn python版本：（还没跑过）

https://github.com/dlunion/mtcnn