人脸关键点检测之PFLD

秒速五厘米 2023-03-01 09:28 28阅读 0赞

论文：[PFLD: A Practical Facial Landmark Detector][PFLD_ A Practical Facial Landmark Detector]

Github：[http://sites.google.com/view/xjguo/fld][http_sites.google.com_view_xjguo_fld]

[https://github.com/polarisZhao/PFLD-pytorch][https_github.com_polarisZhao_PFLD-pytorch]

论文基于mobilbeNet v2的主干结构，设计了一个快速准确的人脸关键点检测模型，PFLD。其中，PFLD 0.25X仅仅2.1Mb，速度达到了140fps。

难点挑战：

1.  Local Variation，包括表情，局部光照，遮挡
2.  Global Variation，包括姿态，图片质量
3.  Data Imbalance，数据集中类别和属性分布不均匀
4.  Model Efficiency，模型的大小和计算量

主要贡献：

1.  训练过程加入人脸几何约束geometric constraint，使得大角度，难样本，传递更大的loss。
2.  加入人脸属性信息（profile-face, frontal-face, head-up, head-down, expression,  
    and occlusion），解决数据不平衡data imbalance

Loss设计：

![2020072314490891.png][]

n表示第n个关键点

m表示第m个输入图片，

rn表示随机的权重

d表示loss的距离，例如L1，L2

![20200723144927334.png][]

θ1, θ2, and θ3 (K=3)，表示预测的欧拉角，yaw，pitch，roll和groundtruth之间的偏差。

w表示人脸属于profile-face, frontal-face, head-up, head-down, expression,occlusion这几种类别里面的分数。

网络结构：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE0ODQ1MTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

网络输入图片为112\*112，数据增强方法包括，随机水平翻转，\[-30,30\]之间每5度的角度旋转，20%的人脸随机遮挡。

网络以mobileNetv2作为主干网络结构。后续分为绿色和红色2个分支。红色的分支为主干分支，用于回归预测68个关键点，绿色的分支为辅助分支，用于预测欧拉角。对于推理阶段，只使用红色的主干分支。

**红色主干分支的结构：**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE0ODQ1MTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**绿色辅助分支的结构：**

**![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE0ODQ1MTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]**

实验结果：

![2020072314513876.png][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE0ODQ1MTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE0ODQ1MTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

评价指标：

NME:normalized mean error

所有预测关键点和groundtruth关键点之间的L2 Norm，然后除以（关键点的个数\*两只眼睛之间的距离），

def compute_nme(preds, target):
        """ preds/target:: numpy array, shape is (N, L, 2)
            N: batchsize L: num of landmark 
        """
        N = preds.shape[0]
        L = preds.shape[1]
        rmse = np.zeros(N)
    
        for i in range(N):
            pts_pred, pts_gt = preds[i, ], target[i, ]
            if L == 19:  # aflw
                interocular = 34 # meta['box_size'][i]
            elif L == 29:  # cofw
                interocular = np.linalg.norm(pts_gt[8, ] - pts_gt[9, ])
            elif L == 68:  # 300w
                # interocular
                interocular = np.linalg.norm(pts_gt[36, ] - pts_gt[45, ])
            elif L == 98:#wflw
                interocular = np.linalg.norm(pts_gt[60, ] - pts_gt[72, ])
            elif L == 106:#lapa
                interocular = np.linalg.norm(pts_gt[66, ] - pts_gt[79, ])
            else:
                raise ValueError('Number of landmarks is wrong')
            rmse[i] = np.sum(np.linalg.norm(pts_pred - pts_gt, axis=1)) / (interocular * L)
    
        return rmse

总结:

1.  以mobilenetv2作为主干网络结构，简单实用，模型够小，速度够快，更加贴合实际工业应用。
2.  手机端模型实际测试，效果还是差些，可能需要加更多的数据进行训练。

[PFLD_ A Practical Facial Landmark Detector]: https://arxiv.org/pdf/1902.10859.pdf
[http_sites.google.com_view_xjguo_fld]: http://sites.google.com/view/xjguo/fld
[https_github.com_polarisZhao_PFLD-pytorch]: https://github.com/polarisZhao/PFLD-pytorch
[2020072314490891.png]: /images/20230209/c24af2f448f44400924abb512952cd65.png
[20200723144927334.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200723144927334.png
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