cv.dnn介绍及常用模块

介绍

OpenCV中的深度学习模块（DNN）只提供了推理功能，不涉及模型的训练，即模型训练好了，进行预测，支持多种深度学习框架，比如TensorFlow，Caffe,Torch和Darknet。

OpenCV那为什么要实现深度学习模块？

• 轻量型。DNN模块只实现了推理功能，代码量及编译运行开销远小于其他深度学习模型框架。

• 使用方便。DNN模块提供了内建的CPU和GPU加速，无需依赖第三方库，若项目中之前使用了OpenCV，那么通过DNN模块可以很方便的为原项目添加深度学习的能力。

• 通用性。DNN模块支持多种网络模型格式，用户无需额外的进行网络模型的转换就可以直接使用，支持的网络结构涵盖了常用的目标分类，目标检测和图像分割的类别

DNN模块还有网络层面的优化

• 层融合:层融合通过对网络结构的分析，把多个层合并到一起，从而降低网络复杂度和减少运算量。
• 内存复用:第一种内存复用的方法是输入内存复用,即当前层的输出复用当前层的输入。第二种内存复用的方法是后续层复用前面层的输出。

常用模块

dnn.blobFromImage

blobFromImage(image, 
                  scalefactor=None, 
                  size=None, 
                  mean=None, 
                  swapRB=None, 
                  crop=None, 
                  ddepth=None):

#进行批量图片处理
blobFromImages(images, 
                   scalefactor=None, 
                   size=None, mean=None, 
                   swapRB=None, 
                   crop=None, 
                   ddepth=None):

参数：

• image:cv2.imread 读取的图片数据

• scalefactor: 缩放像素值，如 [0, 255] - [0, 1]

• size: 输出blob(图像)的尺寸，如 (netInWidth, netInHeight)，范围[0，255]
• mean: 从各通道减均值. 如果输入 image 为 BGR 次序，且swapRB=True，则通道次序为 (mean-R, mean-G, mean-B).
• swapRB: 交换 3 通道图片的第一个和最后一个通道，如 BGR - RGB
• crop: 图像尺寸 resize 后是否裁剪. 如果crop=True，则，输入图片的尺寸调整resize后，一个边对应与 size 的一个维度，而另一个边的值大于等于 size 的另一个维度；然后从 resize 后的图片中心进行 crop. 如果crop=False，则无需 crop，只需保持图片的长宽比
• ddepth: 输出 blob 的 Depth. 可选: CV_32F 或 CV_8U

import cv2
from cv2 import dnn
import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt

img_cv2 = cv2.imread("test.jpeg")
print("原图像大小: ", img_cv2.shape)

inWidth = 256
inHeight = 256
outBlob1 = cv2.dnn.blobFromImage(img_cv2,
                                scalefactor=1.0 / 255,
                                size=(inWidth, inHeight),
                                mean=(0, 0, 0),
                                swapRB=False,
                                crop=False)
print("未裁剪输出: ", outBlob1.shape)
#输出4维数组，图片是3维，第1维图片的个数，第2维通道数，第3，4维高度，宽度
outimg1 = np.transpose(outBlob1[0], (1, 2, 0))

outBlob2 = cv2.dnn.blobFromImage(img_cv2,
                                scalefactor=1.0 / 255,
                                size=(inWidth, inHeight),
                                mean=(0, 0, 0),
                                swapRB=False,
                                crop=True)
print("裁剪输出: ", outBlob2.shape)
outimg2 = np.transpose(outBlob2[0], (1, 2, 0))

plt.figure(figsize=[10, 10])
plt.subplot(1, 3, 1)
plt.title('输入图像', fontsize=16)
plt.imshow(cv2.cvtColor(img_cv2, cv2.COLOR_BGR2RGB))
plt.axis("off")
plt.subplot(1, 3, 2)
plt.title('输出图像 - 未裁剪', fontsize=16)
plt.imshow(cv2.cvtColor(outimg1, cv2.COLOR_BGR2RGB))
plt.axis("off")
plt.subplot(1, 3, 3)
plt.title('输出图像 - 裁剪', fontsize=16)
plt.imshow(cv2.cvtColor(outimg2, cv2.COLOR_BGR2RGB))
plt.axis("off")
plt.show()

dnn.NMSBoxes

作用：根据给定的检测boxes和对应的scores进行NMS（非极大值抑制）处理

NMSBoxes(bboxes, 
             scores, 
             score_threshold, 
             nms_threshold, 
             eta=None, 
             top_k=None)

参数：

• boxes: 待处理的边界框 bounding boxes
• scores: 对于于待处理边界框的 scores
• score_threshold: 用于过滤 boxes 的 score 阈值
• nms_threshold: NMS 用到的阈值
• indices: NMS 处理后所保留的边界框的索引值
• eta: 自适应阈值公式中的相关系数：

• top_k: 如果 top_k>0，则保留最多 top_k 个边界框索引值.

 dnn.readNet

作用：加载深度学习网络及其模型参数

readNet(model, config=None, framework=None)

参数：

• model: 训练的权重参数的模型二值文件，支持的格式有：*.caffemodel(Caffe)、*.pb(TensorFlow)、*.t7 或 *.net(Torch)、 *.weights(Darknet)、*.bin(DLDT).
• config: 包含网络配置的文本文件，支持的格式有：*.prototxt (Caffe)、*.pbtxt (TensorFlow)、*.cfg (Darknet)、*.xml (DLDT).
• framework: 所支持格式的框架名

该函数自动检测训练模型所采用的深度框架，然后调用 readNetFromCaffe、readNetFromTensorflow、readNetFromTorch 或 readNetFromDarknet 中的某个函数完成深度学习网络模型及模型参数的加载。

特定框架的API：

• Caffe

readNetFromCaffe(prototxt, caffeModel=None)

作用：加载采用Caffe的配置网络和训练的权重参数 

• Darknet

readNetFromDarknet(cfgFile, darknetModel=None)

作用：加载采用Darknet的配置网络和训练的权重参数

• Tensorflow

readNetFromTensorflow(model, config=None)

作用：加载采用Tensorflow 的配置网络和训练的权重参数

参数：

model: .pb 文件

config: .pbtxt 文件

• Torch

readNetFromTorch(model, isBinary=None)

作用：加载采用 Torch 的配置网络和训练的权重参数

参数：

model: 采用 torch.save()函数保存的文件

• ONNX

readNetFromONNX(onnxFile)

作用：加载 .onnx 模型网络配置参数和权重参数