作者：陈信达，上海科技大学，Datawhale成员
AI技术已经应用到了我们生活中的方方面面，而目标检测是其中应用最广泛的算法之一，疫情测温仪器、巡检机器人、github开放私库甚至何同学的airdesk中都有目标检测算法的影机器人大乱斗子。下图就是airdesk，何同学通过目标检测算法定位大学之道手机位置，然后控制无线充电线圈移动到手机下方自动给手机充电git命令。这看似简单的应用背后其实是复杂的理论和不断迭代的AI算法，今天笔者就教大家如何快速上手目标检测模型YOLO苟在神诡世界v5，并将其应用到情感识别中。大学英语四级考试
一、背景
今天机器人股吧的内容来源于2019年发表在T-PAMI上的一篇文章[1]，在这之前已经有大量研究者通过A工作总结I算法识别人类情感，不过本文的作者认为，人们的情感不仅与github面部表情和身体动作等有关，还和当前身处的环境息息相关，比如下图的男孩应该是一个惊讶的表情：
不过加上周围环境后，刚刚我机器人编程们认为的情感就与真实情大学生入党申请书感不符：
本文的主要思想就是将背景图片和目标检测模型苟在神诡世界检测出的人物信息结合起来识别情感。
其中，作者大学开学时间将情感分为离散和连续两个维度。下面会解释以方便理解，已经清楚的同学可以快划跳过。
| 连续情感 | 解释 |
|---|---|
| Valence (V) | measures how positive or pleasant an emotion is, ranging from negative to positive（高兴程度） |
| Arousa大学生职业生涯规划书l (A) | measures the agitation leve机器人手术推荐达芬奇手术系统l of the person, ranging from non-actGitive /Git in calm to agiGittated / ready大学专业 to act（激动程度大学之道） |
| Dgoogleominance (D) | measures the level of c机器人手术推荐达芬奇手术系统ontrol a person fepython123平台登录els of the s机器人工程专业it机器人股吧uation, ranging from submissive / non-control to dominant / in-control（气场大小） |
| 离散情绪 | 解释 |
|---|---|
| Affectigition | fGoond feelings; love; tenderness |
| Anger | intense displeasure or rage; furious; resentful |
| Annoyance | boPythonthered by something or someone; ir龚俊ritated; im机器人能品尝酸甜苦辣吗patient; frustrated |
| Anticipation | state of looking fgiti轮胎orward; hoping on or getting preparedpython代码大全 for possible future events |
| Aversion | feeling disgust, dislike, repulsion; feeling hate |
| Confidence | feelinGitg of being certain; conviction that an outcome will be favorable; encouragepython可以做什么工作d; proud |
| Disapproval | feeling that something is机器人能品尝酸甜苦辣吗 wrong or reprehensiPythonble; contempt; hostile |
| Disconnection | feeling not interested in the main event of the surrounding;python代码大全 in大学英语四六级different; bored; d机器人编程istracted |
| Disquietment | nergit命令vous; worpython代码画樱花ried; upset; anxious; tense; pressured; alarmed |
| Doubt/Confusion大学四六级 | difficulty to under机器人股吧stand or decide; thinking about different optgoogleions |
| Embarrassment | feeling ashamed or guilty |
| Engagement | paying attentpython下载ion to something; absorbed into something; curious; interest大学四六级ed |
| Esteem | feelings of favourable opinion or judgement; respecpython代码画樱花t;大学英语四级报名官网 admiration; gratefulness |
| Egithub永久回家地址xc宫颈癌itemepython代码大全nt | feelinggithub ent苟在神诡世界husiasm; stimupython可以做什么工作lated; energetic |
| Fatigue | weariness; tiredness; sleepy |
| Fear | feeling suspicious or afraid of danger, threat, evil or pain; horror |
| Happine龚俊ss | feeling delighted; feeling enjoy机器人总动员ment or amusement |
| Pain | physical suffering |
| Peace | well being and relaxed; no worry; having positive thoug大学生职业生涯规划书hts or机器人工程专业 sensatipython123ons; satigithub开放私库sfied |
| Pleasu大学开学时间re | feeling of delight in the senses |
| Sadness | feeling unhappy, sorrow, disappointed, or discouraged |
| Sensitivity | feeling of being physically or emotiogiteenally wounded; feelingoogleg delicate or vulnerable |
| Suff机器人股吧ering | psychological or emotional pain; distr机器人编程essed; anguished |
| Supython代码画樱花rprise | sudden discovery of something unexpected |
| Sympathy | state ofgitlab sharing others emotions, goals or troubl大学四六级es; supython123pportive; compassionate |
| Yearning | strong desire to have something; jealous; envious; lust |
二、准备工作与模型推理
2.1 快速入门
只需完成下面五步即可识别情感机器人股吧！
-
通过克隆或者压缩包将项目下载到本地：git clone github.com/chenxindaaa…
-
将解压后的模型文件放到emotic/debug_exp/models中。（模型文件下载地址：链接：gas.graviti.com/dataset/dat…
-
新建python是什么意思虚拟环境（可选）python怎么读：
conda create -n emotic python=3.7
conda activate emotic
- 环境配置
python -m pip install -r requirement.txt
- cd到emot大学四六级ic文件夹下，输入并执行:
python detect.py
运行完后结果会保存在emotic/runs/detect文件夹下。
2.2 基本原理
看到这里可能会有小伙伴问了：如果我想识别别的图片该怎么改？可以支持视频和摄像头吗？实际应用中应该怎么修改YOLOv5的代码呢？
对于前两个问题，YOLOv5已经帮我们解决，我们只需要修改detect.py中的第158行：
parser.add_argument('--source', type=str, default='./testImages', help='source') # file/folder, 0 for webcam
将’./tes机器人能品尝酸甜苦辣吗tImages’改为想要识别的图像和视频的路机器人简笔画径，也可以是文件夹的路径。对于调用摄像头，只需要将’./testImages’改为’0’，则会调用0号摄像头giti进行识别。
修改YOLOv5：
在detect.py中，最重要的代码就是下面几行：
for *xyxy, conf, cls in reversed(det):
c = int(cls) # integer class
if c != 0:
continue
pred_cat, pred_cont = inference_emotic(im0, (int(xyxy[0]), int(xyxy[1]), int(xyxy[2]), int(xyxy[3])))
if save_img or opt.save_crop or view_img: # Add bbox to image
label = None if opt.hide_labels else (names[c] if opt.hide_conf else f'{names[c]} {conf:.2f}')
plot_one_box(xyxy, im0, pred_cat=pred_cat, pred_cont=pred_cont, label=label, color=colors(c, True), line_thickness=opt.line_thickness)
if opt.save_crop:
save_one_box(xyxy, imc, file=save_dir / 'crops' / names[c] / f'{p.stem}.jpg', BGR=True)
其中det是YOLOv5识别出来的结果，例如tensor([[121.00000, 7.00000, 480.00000, 305.00000, 0.67680, 0.00000], [278.00000, 166.00000, 318.00000, 305.00000, 0.66222, 27.00000]])就机器人简笔画是识别出了两个物体。
xyxy是物体检测框的坐标，对于上面的例子的第一个物体，xyxy = [121.00000, 7.00000, 480.00000, 305.00000]对应坐标(121机器人简笔画, 7)和(480, 305)，两个点可以确定一个矩形也就是检测框。conf是该物体的置信度，第一个物体置信度为0.67680。cl工商银行s则是该物体对应的类别，这里0对应的是“人”，因宫颈癌为我们只识别人的情感github永久回家地址，所以cls不是0就机器人大乱斗可以跳过该过程。这里我用了YOLOv5官方给大学的推理模型，其中包含很多类别，大家也可以自己训练一个只有“人”这一类别的模型，详细过程可以参考:
在识别出物体坐标后输入emotigithub中文官网网页c模型就可以得到对应的情感，即
pred_cat, pred_cont = inference_emotic(im0, (int(xyxy[0]), int(xyxy[1]), int(xyxy[2]), int(xyxy[3])))
这里我将原来的图片可视化做了些改变，将emotic的结果打印到图片上：
def plot_one_box(x, im, pred_cat, pred_cont, color=(128, 128, 128), label=None, line_thickness=3):
# Plots one bounding box on image 'im' using OpenCV
assert im.data.contiguous, 'Image not contiguous. Apply np.ascontiguousarray(im) to plot_on_box() input image.'
tl = line_thickness or round(0.002 * (im.shape[0] + im.shape[1]) / 2) + 1 # line/font thickness
c1, c2 = (int(x[0]), int(x[1])), (int(x[2]), int(x[3]))
cv2.rectangle(im, c1, c2, color, thickness=tl, lineType=cv2.LINE_AA)
if label:
tf = max(tl - 1, 1) # font thickness
t_size = cv2.getTextSize(label, 0, fontScale=tl / 3, thickness=tf)[0]
c2 = c1[0] + t_size[0], c1[1] - t_size[1] - 3
cv2.rectangle(im, c1, c2, color, -1, cv2.LINE_AA) # filled
#cv2.putText(im, label, (c1[0], c1[1] - 2), 0, tl / 3, [225, 255, 255], thickness=tf, lineType=cv2.LINE_AA)
for id, text in enumerate(pred_cat):
cv2.putText(im, text, (c1[0], c1[1] + id*20), 0, tl / 3, [225, 255, 255], thickness=tf, lineType=cv2.LINE_AA)
运行结果：
完成了上面的步骤，我们就可以开始整活了。众所周知，特朗普以其独特的演讲魅力征服了许多选民，下面我们就看看AI眼中的特朗普是怎么演讲的：
可以看出自信是让gitee人信服的必备条件之一。
三、模型训练
3.1 数据预处理
首先通过[格物钛](<www.graviti.cn/苟在神诡世界?utm_source…>)进行数据预处理，在处理数据之前需要先找到自己的accessKey(开发者工具AccessKey新建AccessKey)：
我们可以在不苟在神诡世界下载数据集的情况下，通过格物钛进行预处理，并将结果保存在本地（下面的代码不在项目中，需要自己创建一个py文件运行，记得填入AccessK苟在神诡世界ey）：
from tensorbay import GAS
from tensorbay.dataset import Dataset
import numpy as np
from PIL import Image
import cv2
from tqdm import tqdm
import os
def cat_to_one_hot(y_cat):
cat2ind = {'Affection': 0, 'Anger': 1, 'Annoyance': 2, 'Anticipation': 3, 'Aversion': 4,
'Confidence': 5, 'Disapproval': 6, 'Disconnection': 7, 'Disquietment': 8,
'Doubt/Confusion': 9, 'Embarrassment': 10, 'Engagement': 11, 'Esteem': 12,
'Excitement': 13, 'Fatigue': 14, 'Fear': 15, 'Happiness': 16, 'Pain': 17,
'Peace': 18, 'Pleasure': 19, 'Sadness': 20, 'Sensitivity': 21, 'Suffering': 22,
'Surprise': 23, 'Sympathy': 24, 'Yearning': 25}
one_hot_cat = np.zeros(26)
for em in y_cat:
one_hot_cat[cat2ind[em]] = 1
return one_hot_cat
gas = GAS('填入你的AccessKey')
dataset = Dataset("Emotic", gas)
segments = dataset.keys()
save_dir = './data/emotic_pre'
if not os.path.exists(save_dir):
os.makedirs(save_dir)
for seg in ['test', 'val', 'train']:
segment = dataset[seg]
context_arr, body_arr, cat_arr, cont_arr = [], [], [], []
for data in tqdm(segment):
with data.open() as fp:
context = np.asarray(Image.open(fp))
if len(context.shape) == 2:
context = cv2.cvtColor(context, cv2.COLOR_GRAY2RGB)
context_cv = cv2.resize(context, (224, 224))
for label_box2d in data.label.box2d:
xmin = label_box2d.xmin
ymin = label_box2d.ymin
xmax = label_box2d.xmax
ymax = label_box2d.ymax
body = context[ymin:ymax, xmin:xmax]
body_cv = cv2.resize(body, (128, 128))
context_arr.append(context_cv)
body_arr.append(body_cv)
cont_arr.append(np.array([int(label_box2d.attributes['valence']), int(label_box2d.attributes['arousal']), int(label_box2d.attributes['dominance'])]))
cat_arr.append(np.array(cat_to_one_hot(label_box2d.attributes['categories'])))
context_arr = np.array(context_arr)
body_arr = np.array(body_arr)
cat_arr = np.array(cat_arr)
cont_arr = np.array(cont_arr)
np.save(os.path.join(save_dir, '%s_context_arr.npy' % (seg)), context_arr)
np.save(os.path.join(save_dir, '%s_body_arr.npy' % (seg)), body_arr)
np.save(os.path.join(save_dir, '%s_cat_arr.npy' % (seg)), cat_arr)
np.save(os.path.join(save_dir, '%s_cont_arr.npy' % (seg)), cont_arr)
等程序运行完成后可以看到多了一个文件夹emotic_pre，里面有一些npy文件则代表数据预处机器人大乱斗理成功。
3.2 模型训练
打开main.py文件，35行开始是大学生入党申请书模型的训练参数，运行该文件即可开始训练。
四、Emotic模型详解
4.1 模型结构
该模型的思想非常简单，流程图中的上下两个网络其实就是两个resnet18，上面的网络负责提取人体特征，输入为128128的彩色图片，输出机器人能品尝酸甜苦辣吗是512个11的特征图。下面的网络负责提取图像背景特征，预训练模型用大学绩点2.5很差吗的是场景分类模型供品夫人places365，输入是224224的彩色图片，输出同样是机器人角斗场是512个11的特征图。然后将两大学之道个输出flatten后拼接成一个1024的向量龚俊，经过两层全连接层后输出一个26维的向量和一个3维的向量，26维向量处理26个离散感情的分类任务，3维向量则是3个连续情感的回归任务。
import torch
import torch.nn as nn
class Emotic(nn.Module):
''' Emotic Model'''
def __init__(self, num_context_features, num_body_features):
super(Emotic,self).__init__()
self.num_context_features = num_context_features
self.num_body_features = num_body_features
self.fc1 = nn.Linear((self.num_context_features + num_body_features), 256)
self.bn1 = nn.BatchNorm1d(256)
self.d1 = nn.Dropout(p=0.5)
self.fc_cat = nn.Linear(256, 26)
self.fc_cont = nn.Linear(256, 3)
self.relu = nn.ReLU()
def forward(self, x_context, x_body):
context_features = x_context.view(-1, self.num_context_features)
body_features = x_body.view(-1, self.num_body_features)
fuse_features = torch.cat((context_features, body_features), 1)
fuse_out = self.fc1(fuse_features)
fuse_out = self.bn1(fuse_out)
fuse_out = self.relu(fuse_out)
fuse_out = self.d1(fuse_out)
cat_out = self.fc_cat(fuse_out)
cont_out = self.fc_cont(fuse_out)
return cat_out, cont_out
离散感情是一个多分github开放私库类任务，即一个人可能同时存在多种感情，作者的处理方法是手动设google定26个阈值对应26gitee种情感，输出值大于阈值就认为该人有对应情感，阈值如下，可以看到e工作总结ngagement对应阈值为0，也就是说每个人每次识别都会包含这种情感：
>>> import numpy as np
>>> np.load('./debug_exp/results/val_thresholds.npy')
array([0.0509765 , 0.02937193, 0.03467856, 0.16765128, 0.0307672 ,
0.13506265, 0.03581731, 0.06581657, 0.03092133, 0.04115443,
0.02678059, 0. , 0.04085711, 0.14374524, 0.03058549,
0.02580678, 0.23389584, 0.13780132, 0.07401864, 0.08617007,
0.03372583, 0.03105414, 0.029326 , 0.03418647, 0.03770866,
0.03943525], dtype=float32)
4.2 损失函数：
对于分类任务，作者提供了两种损失函数，一种是普通的均方误差损失函数（即self.大学开学时间weight_type == ‘mean’大学生入党申请书），另一种大学四六级是加机器人权平方误差损失函数（即self.weight_type == ‘static‘）。其中，加权平方误差损失函数如下，26个类别对应的权重分别为[0.1435, 0.1870, 0.1692, 0.1165, 0.1949, 0.1204, 0.1728, 0.1372, 0.1620, 0.1540, 0.1987, 0.1057, 0.1482, 0.1192, 0.1590, 0.1929, 0.1158, 0.1907, 0.1345, 0.1307, 0.1665, 0.1698, 0.1797, 0.1657, 0.1520, 0.1537]。
class DiscreteLoss(nn.Module):
''' Class to measure loss between categorical emotion predictions and labels.'''
def __init__(self, weight_type='mean', device=torch.device('cpu')):
super(DiscreteLoss, self).__init__()
self.weight_type = weight_type
self.device = device
if self.weight_type == 'mean':
self.weights = torch.ones((1,26))/26.0
self.weights = self.weights.to(self.device)
elif self.weight_type == 'static':
self.weights = torch.FloatTensor([0.1435, 0.1870, 0.1692, 0.1165, 0.1949, 0.1204, 0.1728, 0.1372, 0.1620,
0.1540, 0.1987, 0.1057, 0.1482, 0.1192, 0.1590, 0.1929, 0.1158, 0.1907,
0.1345, 0.1307, 0.1665, 0.1698, 0.1797, 0.1657, 0.1520, 0.1537]).unsqueeze(0)
self.weights = self.weights.to(self.device)
def forward(self, pred, target):
if self.weight_type == 'dynamic':
self.weights = self.prepare_dynamic_weights(target)
self.weights = self.weights.to(self.device)
loss = (((pred - target)**2) * self.weights)
return loss.sum()
def prepare_dynamic_weights(self, target):
target_stats = torch.sum(target, dim=0).float().unsqueeze(dim=0).cpu()
weights = torch.zeros((1,26))
weights[target_stats != 0 ] = 1.0/torch.log(target_stats[target_stats != 0].data + 1.2)
weights[target_stats == 0] = 0.0001
return weights
对于回归任务，作者同样提供了两种损失函数，L2损失函数：
class ContinuousLoss_L2(nn.Module):
''' Class to measure loss between continuous emotion dimension predictions and labels. Using l2 loss as base. '''
def __init__(self, margin=1):
super(ContinuousLoss_L2, self).__init__()
self.margin = margin
def forward(self, pred, target):
labs = torch.abs(pred - target)
loss = labs ** 2
loss[ (labs < self.margin) ] = 0.0
return loss.sum()
class ContinuousLoss_SL1(nn.Module):
''' Class to measure loss between continuous emotion dimension predictions and labels. Using smooth l1 loss as base. '''
def __init__(self, margin=1):
super(ContinuousLoss_SL1, self).__init__()
self.margin = margin
def forward(self, pred, target):
labs = torch.abs(pred - target)
loss = 0.5 * (labs ** 2)
loss[ (labs > self.margin) ] = labs[ (labs > self.margin) ] - 0.5
return loss.sum()
数据集链接：gas.graviti.com/dataset/dat…
[1]Kosti R, Alvarez J M, Recasens A, et al机器人总动员. Context basedpython下载 emotion recognition using emotic dataset[J]. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 2019, 42(11): 2755-2766.
YOLO工龄差一年工资差多少v5项目地址：github.com/ultralytiGocs…
Emotic项目地址：github.com/Tandon-供品夫人A/em…
更多信息请访问[格物钛智能科技官网](<www.g公积金raviti.cn/?utm_source…>)
