[AI 부트캠프] DAY 95 - 트랙학습 CV 9

[오늘의 일지]

트랙학습 녹화 강의 - Object Detection(Two-Stage Detection)

[상세 내용]

Object Detection(Two-Stage Detection)

- Two-Stage Detection은 객체 감지(Object Detection) 작업을 수행하는 딥러닝 모델 아키텍처 중 하나입니다. 객체 감지는 이미지나 비디오에서 특정 객체의 위치와 클래스를 찾아내는 작업으로, 컴퓨터 비전 및 인공지능 응용 프로그램에서 매우 중요한 역할을 합니다. 아래의 그림과 같이 수업에서는 Two-Stage Detection인 RCNN 모델을 사용하여 실습이 진행되었습니다. 사실 실시간 강의에서도 RCNN 모델들 위주로만 실습을 진행했었기 때문에 어느 정도 모델에 대해서는 알고 있었습니다.

출처:https://baratam-tarunkumar.medium.com/evaluation-of-camera-radar-fusion-net-crf-net-6821f2a75145

 

 

원리

- 원리는 크게 2단계의 과정에 의해서 이루어집니다. Region Proposal 단계와 Classification 단계라고 할 수 있습니다. 아래의 그림 중에서는 위에 있는 그림이 Two-Stage Detection의 원리를 보여주는 그림입니다.

출처:https://www.researchgate.net/figure/a-exhibits-the-basic-architecture-of-two-stage-detectors-which-consists-of-region_fig10_334623937

 

Region Proposal 단계

• 첫 번째 단계에서는 입력 이미지에서 후보 영역(Region Proposal)을 생성합니다. 이러한 후보 영역은 가능성 있는 객체의 위치를 나타냅니다.
• RP 단계 이미지를 슬라이딩 윈도우 기법이나 컨볼루션 연산을 사용하여 작은 영역으로 나누고, 각 영역이 객체의 존재 여부와 위치를 예측합니다.
• 예측된 후보 영역은 객체가 존재할 가능성이 높은 영역을 의미하며, 이러한 후보 영역들이 두 번째 단계로 전달됩니다.

Classification 단계

• 두 번째 단계에서는 RP 단계에서 생성된 후보 영역을 실제로 분류(Classification)하고 객체의 정확한 위치를 조정(Regression)합니다.
•  예를 들면 R-CNN 모델은 각 후보 영역을 독립적으로 처리하고, CNN을 사용하여 객체의 클래스를 식별하고 위치를 조정합니다.
• 일반적으로는 softmax 활성화 함수를 사용하여 클래스 확률을 계산하고, bounding box regression을 통해 객체의 정확한 위치를 조정합니다.
• 이렇게 각 후보 영역에 대한 객체의 위치와 클래스가 예측되면, 최종적으로 입력 이미지에서 객체의 위치와 클래스가 결정됩니다.

 

모델 코드 예시

- 모델은 토치 비전에서 pretrained 모델을 불러와서 사용했습니다.

from torchvision import models
from torchvision.models.detection.faster_rcnn import FastRCNNPredictor

def build_model(num_classes):
    model = models.detection.fasterrcnn_resnet50_fpn(pretrained=True)
    in_features = model.roi_heads.box_predictor.cls_score.in_features
    model.roi_heads.box_predictor = FastRCNNPredictor(in_features, num_classes)
    return model
    
>>>
FasterRCNN(
  (transform): GeneralizedRCNNTransform(
      Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225])
      Resize(min_size=(800,), max_size=1333, mode='bilinear')
  )
  (backbone): BackboneWithFPN(
    (body): IntermediateLayerGetter(
      (conv1): Conv2d(3, 64, kernel_size=(7, 7), stride=(2, 2), padding=(3, 3), bias=False)
      (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
      (relu): ReLU(inplace=True)
      (maxpool): MaxPool2d(kernel_size=3, stride=2, padding=1, dilation=1, ceil_mode=False)
      (layer1): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(64, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 64, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(64, 64, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(64, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(64, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer2): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(256, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(256, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (3): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 128, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(128, 128, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(128, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(128, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer3): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(512, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(512, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (3): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (4): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (5): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(256, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(256, 1024, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(1024, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
      (layer4): Sequential(
        (0): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(1024, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
          (downsample): Sequential(
            (0): Conv2d(1024, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(2, 2), bias=False)
            (1): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          )
        )
        (1): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(2048, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
        (2): Bottleneck(
          (conv1): Conv2d(2048, 512, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn1): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv2): Conv2d(512, 512, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1), bias=False)
          (bn2): FrozenBatchNorm2d(512, eps=0.0)
          (conv3): Conv2d(512, 2048, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1), bias=False)
          (bn3): FrozenBatchNorm2d(2048, eps=0.0)
          (relu): ReLU(inplace=True)
        )
      )
    )
    (fpn): FeaturePyramidNetwork(
      (inner_blocks): ModuleList(
        (0): Conv2d(256, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        (1): Conv2d(512, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        (2): Conv2d(1024, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
        (3): Conv2d(2048, 256, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
      )
      (layer_blocks): ModuleList(
        (0): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
        (1): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
        (2): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
        (3): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
      )
      (extra_blocks): LastLevelMaxPool()
    )
  )
  (rpn): RegionProposalNetwork(
    (anchor_generator): AnchorGenerator()
    (head): RPNHead(
      (conv): Conv2d(256, 256, kernel_size=(3, 3), stride=(1, 1), padding=(1, 1))
      (cls_logits): Conv2d(256, 3, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
      (bbox_pred): Conv2d(256, 12, kernel_size=(1, 1), stride=(1, 1))
    )
  )
  (roi_heads): RoIHeads(
    (box_roi_pool): MultiScaleRoIAlign(featmap_names=['0', '1', '2', '3'], output_size=(7, 7), sampling_ratio=2)
    (box_head): TwoMLPHead(
      (fc6): Linear(in_features=12544, out_features=1024, bias=True)
      (fc7): Linear(in_features=1024, out_features=1024, bias=True)
    )
    (box_predictor): FastRCNNPredictor(
      (cls_score): Linear(in_features=1024, out_features=2, bias=True)
      (bbox_pred): Linear(in_features=1024, out_features=8, bias=True)
    )
  )
)

 

[마무리]

 오늘은 실시간 강의 때도 배웠었던 Object Detection의 Two-Stage Detection 모델에 대해서 원리와 실습 코드에 대해서 알아봤습니다. 실시간 강의 때는 간단하게 RCNN 모델들을 직적 구조적으로 짜보면서 원리를 이해했기 때문에 이번에는 기존에 pretrained 모델을 가져와서 사용해도 어느 정도 이해가 된 거 같습니다. 그리고 이미 많은 데이터를 통해서 훈련된 모델을 가져다가 쓰다 보니 성능도 더 잘 나오는 것을 확인했습니다. 그래서 느낀 점은 pretrained 모델을 사용할수록 모델의 원리를 자세하게 보지 않게 되는 것 같아서 요즘같이 처음에 배울 때 잘 숙지하는 것이 좋을 거 같다고 생각했습니다.