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Custom object detection tutorial

해당 튜토리얼은 tensorflow_object_detection_helper_tool을 활용해서 진행됩니다.
미리 만들어진 dataset을 활용하는 Simpson Charactors Object Detection Tutorial은 여기를 참고하시길 바라겠습니다.

Table of contents

1. Summary
2. Tutorial
   1. STEP 1. 데이터 수집
   2. STEP 2. 데이터 라벨링
   3. STEP 3. TF RECORD 파일 생성
   4. STEP 4. label_map.pbtxt 파일 수정
   5. STEP 5. Transfer Learning & exporting
   6. STEP 6. Export model 확인
3. Extra
   1. Evaluate 값 확인
   2. Loss 값 확인
   3. Log 값 확인
   4. Model별 Training Time 확인

Summary

Pretrain 되어서 제공되는 Model들은 대부분 coco dataset 을 기본 dataset으로 training 되었습니다. 따라서 coco dataset instance 에 없는 데이터는 custom된 dataset 을 준비하여 transfer learning을 시켜야 합니다.

해당 튜토리얼은 Custom Object Detection 을 위한 data의 수집, labeling, training등을
tensorflow_object_detection_helper_tool을 활용하여 진행하는 방법에 대한 튜토리얼 입니다.

Tutorial

해당 튜토리얼은 google cloud comute engine 에서 테스트 되었으며 vm의 사양은 다음과 같습니다.

16 vCPU
60gb Ram
1 x NVIDIA Tesla P100
ubuntu 16.0.4
python 2.7.12
tensorflow 1.8.0
cuda 9.0
cudnn 7.1

STEP 1. 데이터 수집

귀여운 판다, 라쿤, 수달, 포메라니안, 미어캣을 디텍팅해보겠습니다.
각각의 이미지를 100장씩 준비합니다.

Google image download 를 사용하여 이미지를 다운로드 합니다. ( 저작권을 조심하시길 바라겠습니다. )

 googleimagesdownload --keywords "panda" --size medium --output_directory ./panda  

위의 명령어대로 실행하면, 이미지를 폴더에 다운로드 하게 됩니다.
적당하게 잘못된 이미지를 지우고 다른 이미지로 채워 넣습니다.

raccoon , otter , pomeranian , meerkat 역시 동일하게 이미지를 준비합니다.

오직 jpg 파일포맷의 이미지만 가능합니다.

STEP 2. 데이터 라벨링

labelimg 를 사용하여 원본 이미지와 오브젝트 영역을 저장한 xml 을 하나의 폴더에 위치 시킵니다.
( 기본 폴더는 images 폴더입니다.)

하나의 이미지에 여러개의 라벨이 존재할 수 있습니다.
Tip. 각각의 Object 에서 default label을 설정하면 라벨을 하나하나 입력할 필요가 없습니다.
Tip. 단축키 W 는 영역지정 A 는 이전 이미지 D 는 다음 이미지 Ctrl + S 는 저장입니다.

500장의 이미지를 라벨링하는데 50분 정도의 시간이 소요되었습니다.

STEP 3. TF RECORD 파일 생성

tfgenerator.py 명령어를 수행하여, TF RECORD 파일을 생성합니다.

python tfgenerator.py    

process.log 파일을 통하여 요약정보를 확인할 수 있습니다.

train , validate 비율을 변경하려면, -sr 옵션을 사용하면 됩니다.

python tfgenerator.py -sr 5

위의 원본 이미지, xml, csv, record 파일은 여기에서 다운받으실 수 있습니다.

STEP 4. label_map.pbtxt 파일 수정

레이블과 번호를 입력하여 줍니다.

item {
  id: 1
  name: 'meerkat'
}
item {
  id: 2
  name: 'otter'
}
item {
  id: 3
  name: 'panda'
}
item {
  id: 4
  name: 'raccoon'
}
item {
  id: 5
  name: 'pomeranian'
}

STEP 5. Transfer Learning & exporting

Faster_Rcnn_Inception_v2_coco 모델을 가지고 50,000번 training 시켜보겠습니다.
3,000번마다 evaluate 값을 확인하겠습니다.

python main.py -n 3000

STEP 6. Export model 확인

export_dir 폴더로 이동합니다.

./export_dir/faster_rcnn_inception_v2_coco_2018_01_28 

frozen_inference_graph.pb 파일이 존재하는지 확인합니다.

번외0. 테스트 이미지 확인

테스트 이미지 폴더에 적절한 이미지들을 넣습니다.
기본 테스트 이미지 폴더는 아래와 같습니다.
(image0.jpg 부터 시작하여 번호를 증가시킵니다.)

 ./object_detection/test_images

jupyter notebook을 실행합니다.

object detection 튜토리얼 파일을 수행합니다.

 ./object_detection/object_detection_tutorial.ipynb

결과값을 확인합니다.

위의 결과를 보면, 정확한 결과값을 내지 못하는 경우도 있습니다.
이 경우, 모델의 변경, dataset 의 추가, training_step의 증가, hyperparameter 변경등을 통하여 정확도를 향상시킬 수 있습니다.

Extra

Evaluate 값 확인

eval_dir 폴더로 이동합니다.

 ./eval_dir/faster_rcnn_inception_v2_coco_2018_01_28 

tensorboard를 실행합니다.

 $tensorboard --logdir=./

각 이미지들을 확인합니다.

Loss 값 확인

train_dir 폴더로 이동합니다.

 ./train_dir/faster_rcnn_inception_v2_coco_2018_01_28 

tensorboard를 실행합니다.

 $tensorboard --logdir=./

Log 값 확인

최상단의 process.log 파일을 확인하여 record 파일 생성 summary , training time , total process time 등을 확인할 수 있습니다.

  ./cat process.log

Model별 training time 확인

모델별, 1000 step, training -> evaluating -> exporting time 체크

테스팅 환경

16 vCPU
60gb Ram
1 x NVIDIA Tesla P100
ubuntu 16.0.4
python 2.7.12
tensorflow 1.8.0
cuda 9.0
cudnn 7.1

Model	Size	Training time
ssd_mobilenet_v1_coco	86M	9m 44s
ssd_mobilenet_v2_coco	201M	11m 12s
ssd_inception_v2_coco	295M	8m 43s
faster_rcnn_inception_v2_coco	167M	4m 43s
faster_rcnn_resnet50_coco	405M	4m 28s
faster_rcnn_resnet50_lowproposals_coco	405M	4m 30s
rfcn_resnet101_coco	685M	6m 19s
faster_rcnn_resnet101_coco	624M	6m 13s
faster_rcnn_resnet101_lowproposals_coco	624M	6m 13s
faster_rcnn_inception_resnet_v2_atrous_coco	712M	18m 6s
faster_rcnn_inception_resnet_v2_atrous_lowproposals_coco	712M
faster_rcnn_nas	1.2G	47m 49s
faster_rcnn_nas_lowproposals_coco	1.2G