Faster_rcnn训练自己的数据集(2)

在看了一些深度学习的目标检测的论文后，想着去用开源的代码去跑一下，看看实际的效果。于是小菜就想着直接把faster_rcnn用起来，包括前期的faster_rcnn安装和配置并运行其中的一个demo.py。后面是用自己的数据集训练faster_rcnn的模型。
　1. 准备工作：

1) 搭建caffe框架

这个可以参考Linux先搭建caffe的笔记。
2) 安装第三方依赖包：Cython、 Python-OpenCV、easydict

pip install cython  
pip install easydict  
apt-get install python-opencv  
   
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3) 下载py-faster-rcnn

 # Make sure to clone with --recursive  
 git clone --recursive https://github.com/rbgirshick/py-faster-rcnn.git  
   
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4) 编译faster_rcnn

进入py-faster-rcnn/lib，执行make

cd py-faster-rcnn/lib
make
   
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5) 配置faster_rcnn

进入py-faster-rcnn\caffe-fast-rcnn，执行

cp Makefile.config.example Makefile.config
   
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然后，配置Makefile.config文件，配置好Makefile.config文件后，执行：

make –j4 && make pycaffe  
   
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注：我在这一步出错了，老是不能编译成功。问题应该是出在Makefile.config文件内容中的，应该是出在路径添加中出错。

解决：
　在原来搭建的caffe文件中将Makefile.config文件内容直接复制过来。
接下来下载已经训练好的faster模型，进入py-faster_rcnn/data/scripts目录，执行./fech-faster_rcnn_models,sh

6) 测试faster_rcnn

运行网络和加载下载的模型进行最后的测试demo
执行：

./tools/demo.py
   
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出现问题：
ImportError：No module named yaml
解决:

sudo apt-get install python-yaml
   
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2. 训练步骤：

1) 下载VOC2007数据集

　　提供一个百度云地址：http://pan.baidu.com/s/1mhMKKw4
解压，然后，将该数据集放在py-faster-rcnn\data下，用自己的数据集替换VOC2007数据集。（替换Annotations，ImageSets和JPEGImages）（用你的Annotations，ImagesSets和JPEGImages替换py-faster-rcnn\data\VOCdevkit2007\VOC2007中对应文件夹）。
2) 下载ImageNet数据集下预训练得到的模型参数（用来初始化）

　　提供一个百度云地址：http://pan.baidu.com/s/1hsxx8OW解压，然后将该文件放在py-faster-rcnn\data下。
3) 修改训练的配置文件

1.py－fasterrcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt/
stage1_fast_rcnn_train.pt修改

1.  layer {  
2.    name: 'data'  
3.    type: 'Python'  
4.    top: 'data'  
5.    top: 'rois'  
6.    top: 'labels'  
7.    top: 'bbox_targets'  
8.    top: 'bbox_inside_weights'  
9.    top: 'bbox_outside_weights'  
10.   python_param {  
11.     module: 'roi_data_layer.layer'  
12.     layer: 'RoIDataLayer'  
13.     param_str: "'num_classes': 16" #按训练集类别改，该值为类别数+1  
14.   }  
15. }
   
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1.  layer {  
2.    name: "cls_score"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "cls_score"  
6.    param { lr_mult: 1.0 }  
7.    param { lr_mult: 2.0 }  
8.    inner_product_param {  
9.      num_output: 16 #按训练集类别改，该值为类别数+1  
10.     weight_filler {  
11.       type: "gaussian"  
12.       std: 0.01  
13.     }  
14.     bias_filler {  
15.       type: "constant"  
16.       value: 0  
17.     }  
18.   }  
19. }  
   
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1.  layer {  
2.    name: "bbox_pred"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "bbox_pred"  
6.    param { lr_mult: 1.0 }  
7.    param { lr_mult: 2.0 }  
8.    inner_product_param {  
9.      num_output: 64 #按训练集类别改，该值为（类别数+1）*4  
10.     weight_filler {  
11.       type: "gaussian"  
12.       std: 0.001  
13.     }  
14.     bias_filler {  
15.       type: "constant"  
16.       value: 0  
17.     }  
18.   }  
19. } 
   
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2.py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt/stage1_rpn_train.pt修改

1.  layer {  
2.    name: 'input-data'  
3.    type: 'Python'  
4.    top: 'data'  
5.    top: 'im_info'  
6.    top: 'gt_boxes'  
7.    python_param {  
8.      module: 'roi_data_layer.layer'  
9.      layer: 'RoIDataLayer'  
10.     param_str: "'num_classes': 16" #按训练集类别改，该值为类别数+1  
11.   }  
12. }
   
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3.py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt/stage2_fast_rcnn_train.pt修改

1.  layer {  
2.    name: 'data'  
3.    type: 'Python'  
4.    top: 'data'  
5.    top: 'rois'  
6.    top: 'labels'  
7.    top: 'bbox_targets'  
8.    top: 'bbox_inside_weights'  
9.    top: 'bbox_outside_weights'  
10.   python_param {  
11.     module: 'roi_data_layer.layer'  
12.     layer: 'RoIDataLayer'  
13.     param_str: "'num_classes': 16" #按训练集类别改，该值为类别数+1  
14.   }  
15. }
   
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 1. layer {  
2.    name: "cls_score"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "cls_score"  
6.    param { lr_mult: 1.0 }  
7.    param { lr_mult: 2.0 }  
8.    inner_product_param {  
9.      num_output: 16 #按训练集类别改，该值为类别数+1  
10.     weight_filler {  
11.       type: "gaussian"  
12.       std: 0.01  
13.     }  
14.     bias_filler {  
15.       type: "constant"  
16.       value: 0  
17.     }  
18.   }  
19. }  
   
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1.  layer {  
2.    name: "bbox_pred"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "bbox_pred"  
6.    param { lr_mult: 1.0 }  
7.    param { lr_mult: 2.0 }  
8.    inner_product_param {  
9.      num_output: 64 #按训练集类别改，该值为（类别数+1）*4  
10.     weight_filler {  
11.       type: "gaussian"  
12.       std: 0.001  
13.     }  
14.     bias_filler {  
15.       type: "constant"  
16.       value: 0  
17.     }  
18.   }  
19. } 
   
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4.py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt/stage2_rpn_train.pt修改

1.  layer {  
2.    name: 'input-data'  
3.    type: 'Python'  
4.    top: 'data'  
5.    top: 'im_info'  
6.    top: 'gt_boxes'  
7.    python_param {  
8.      module: 'roi_data_layer.layer'  
9.      layer: 'RoIDataLayer'  
10.     param_str: "'num_classes': 16" #按训练集类别改，该值为类别数+1  
11.   }  
12. }  
   
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5.py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt/faster_rcnn_test.pt修改

1.  layer {  
2.    name: "cls_score"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "cls_score"  
6.    inner_product_param {  
7.      num_output: 16 #按训练集类别改，该值为类别数+1  
8.    }  
9.  }  
   
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1.  layer {  
2.    name: "bbox_pred"  
3.    type: "InnerProduct"  
4.    bottom: "fc7"  
5.    top: "bbox_pred"  
6.    inner_product_param {  
7.      num_output: 64 #按训练集类别改，该值为（类别数+1）*4  
8.    }  
9.  }  
   
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6.py-faster-rcnn/lib/datasets/pascal_voc.py修改

1.class pascal_voc(imdb):  
 -    def __init__(self, image_set, year, devkit_path=None):  
 -        imdb.__init__(self, 'voc_' + year + '_' + image_set)  
 -        self._year = year  
 -        self._image_set = image_set  
 -        self._devkit_path = self._get_default_path() if devkit_path is None \  
 -                            else devkit_path  
 -        self._data_path = os.path.join(self._devkit_path, 'VOC' + self._year)  
 -        self._classes = ('__background__', # always index 0  
 -                         '你的标签1','你的标签2',你的标签3','你的标签4'  
 -                   )  
   
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上面要改的地方是
　修改训练集文件夹：

self._data_path = os.path.join(self._devkit_path, 'VOC'+self._year) 
   
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   1

　用你的数据集直接替换原来VOC2007内的Annotations，ImageSets和JPEGImages就不用修改,以免出现各种错误。
 修改标签：
self._classes = (‘background‘, # always index 0
‘你的标签1’,’你的标签2’,’你的标签3’,’你的标签4’)
修改成你的数据集的标签就行。
（2）
cls = self._class_to_ind[obj.find(‘name’).text.lower().strip()]
这里把标签转成小写，如果你的标签含有大写字母，可能会出现KeyError的错误，所以建议标签用小写字母。建议训练的标签还是用小写的字母，如果最终需要用大写字母或中文显示标签，可参考：http://blog.csdn.net/sinat_30071459/article/details/51694037

7.py-faster-rcnn/lib/datasets/imdb.py修改
　该文件的append_flipped_images(self)函数修改为：

1.  def append_flipped_images(self):  
2.          num_images = self.num_images  
3.          widths = [PIL.Image.open(self.image_path_at(i)).size[0]  
4.                    for i in xrange(num_images)]  
5.          for i in xrange(num_images):  
6.              boxes = self.roidb[i]['boxes'].copy()  
7.              oldx1 = boxes[:, 0].copy()  
8.              oldx2 = boxes[:, 2].copy()  
9.              boxes[:, 0] = widths[i] - oldx2 - 1  
10.             print boxes[:, 0]  
11.             boxes[:, 2] = widths[i] - oldx1 - 1  
12.             print boxes[:, 0]  
13.             assert (boxes[:, 2] >= boxes[:, 0]).all()  
14.             entry = {'boxes' : boxes,  
15.                      'gt_overlaps' : self.roidb[i]['gt_overlaps'],  
16.                      'gt_classes' : self.roidb[i]['gt_classes'],  
17.                      'flipped' : True}  
18.             self.roidb.append(entry)  
19.         self._image_index = self._image_index * 2  
   
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注：为防止与之前的模型搞混,训练前把output文件夹删除（或改个其他名），还要把py-faster-rcnn/data/cache中的文件和
py-faster-rcnn/data/VOCdevkit2007/annotations_cache中的文件删除（如果有的话）。
4) 训练参数设置
　可在py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt中的solve文件设置，迭代次数可在py-faster-rcnn\tools的train_faster_rcnn_alt_opt.py中修改：
max_iters = [80000, 40000, 80000, 40000]
　分别为4个阶段（rpn第1阶段，fast rcnn第1阶段，rpn第2阶段，fast rcnn第2阶段）的迭代次数。可改成你希望的迭代次数。如果改了这些数值，最好把py-faster-rcnn/models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_alt_opt里对应的solver文件（有4个）也修改，stepsize小于上面修改的数值。
5) 开始训练
进入py-faster-rcnn，
执行

./experiments/scripts/faster_rcnn_alt_opt.sh 0 ZF pascal_voc 
   
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   1

这样，就开始训练了。
我训练这里出错：
开始数据集的制作中，标签的名字是数字1，出现KeyError ‘3’

解决：在生成XML文件的代码中修改标签的name为小写英文字母。
错误：
File “/py-faster-rcnn/tools/../lib/datasets/imdb.py”, line 108, in append_flipped_images
assert (boxes[:, 2] >= boxes[:, 0]).all()
解决：检查自己数据发现，左上角坐标（x,y）可能为0，或标定区域溢出图片
1、修改lib/datasets/imdb.py，append_flipped_images()函数
数据整理，在一行代码为 boxes[:, 2] = widths[i] - oldx1 - 1下加入代码：
for b in range(len(boxes)):
if boxes[b][2]< boxes[b][0]:
boxes[b][0] = 0
2、修改lib/datasets/pascal_voc.py，_load_pascal_annotation(,)函数
将对Xmin,Ymin,Xmax,Ymax减一去掉，变为：
这里写图片描述

6) 测试
将训练得到的py-faster-rcnn\output\faster_rcnn_alt_opt***_trainval中ZF的caffemodel拷贝至py-faster-rcnn\data\faster_rcnn_models（如果没有这个文件夹，就新建一个），然后，修改：py-faster-rcnn\tools\demo.py,主要修改：

1.  CLASSES = ('__background__',  
2.             '你的标签1', '你的标签2', '你的标签3', '你的标签4')  
   
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改成你的数据集标签：

1.  NETS = {'vgg16': ('VGG16',  
2.                    'VGG16_faster_rcnn_final.caffemodel'),  
3.          'zf': ('ZF',  
4.                    'ZF_faster_rcnn_final.caffemodel')} 
   
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上面ZF的caffemodel改成你的caffemodel。

1.  im_names = ['1559.jpg','1564.jpg']  
   
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改成你的测试图片。(测试图片放在py-faster-rcnn\data\demo中)
7) 结果
在py-faster-rcnn下，
执行：./tools/demo.py –net zf
或者将默认的模型改为zf：

parser.add_argument('--net', dest='demo_net', help='Network to use [vgg16]',  
                        choices=NETS.keys(), default='vgg16')  
   
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修改：
default=’zf’
执行：./tools/demo.py

在安装完成caffe后，并且编译完成github上的faster-rcnn Python版之后，可以采用自己的数据来训练faster-rcnn了。
一，文件修改：
1，在py-faster-rcnn目录下，找到lib/datasets/pascal_voc.py 文件打开逐一修改相应的函数：
如果打算添加中文注释请，在文件开图添加#encoding:utf-8，不然会报错。
以下为修改的细节：

1）、初始化函数init的修改，同时修改类名：

class hs(imdb):
    def __init__(self, image_set, devkit_path=None):  # modified
        imdb.__init__(self, image_set)
        self._image_set = image_set
        self._devkit_path = devkit_path#datasets路径
        self._data_path = os.path.join(self._devkit_path,image_set)   #图片文件夹路径
        self._classes = ('__background__', # always index 0
                         'jyz','fzc','qnq')   #two classes
        self._class_to_ind = dict(zip(self.classes, xrange(self.num_classes))) 
        # form the dict{'__background__':'0','person':'1'}
        self._image_ext = '.jpg'
        self._image_index = self._load_image_set_index('ImageList.txt')
        # Default to roidb handler
        self._roidb_handler = self.selective_search_roidb
        self._salt = str(uuid.uuid4())
        self._comp_id = 'comp4'

        # PASCAL specific config options
        self.config = {'cleanup'     : True,
                       'use_salt'    : True,
                       'use_diff'    : False,
                       'matlab_eval' : False,
                       'rpn_file'    : None,
                       'min_size'    : 16}  #小于16个像素的框扔掉

        assert os.path.exists(self._devkit_path), \
                'VOCdevkit path does not exist: {}'.format(self._devkit_path)
        assert os.path.exists(self._data_path), \
                'Path does not exist: {}'.format(self._data_path)

   
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2）修改image_path_from_index函数的修改：

def image_path_from_index(self, index): #modified
    """
    Construct an image path from the image's "index" identifier.
    """
    image_path = os.path.join(self._data_path,index +'.jpg')
    assert os.path.exists(image_path), \
            'Path does not exist: {}'.format(image_path)
    return image_path
   
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3）修改_load_image_set_index函数：

def _load_image_set_index(self,imagelist): # modified
    """
    Load the indexes listed in this dataset's image set file.
    """
    # Example path to image set file:
    # self._devkit_path + /VOCdevkit2007/VOC2007/ImageSets/Main/val.txt
    image_set_file = os.path.join(self._devkit_path, imagelist)
    assert os.path.exists(image_set_file), \
            'Path does not exist: {}'.format(image_set_file)
    with open(image_set_file) as f:
        image_index = [x.strip() for x in f.readlines()]
    return image_index
   
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4）修改_load_pascal_annotation(self, index):

def _load_pascal_annotation(self, index):    #modified
    """
    Load image and bounding boxes info from XML file in the PASCAL VOC
    format.
    """
    filename = os.path.join(self._devkit_path, 'Annotations', index + '.xml')
    tree = ET.parse(filename)
    objs = tree.findall('object')
    if not self.config['use_diff']:
        # Exclude the samples labeled as difficult
        non_diff_objs = [
            obj for obj in objs if int(obj.find('difficult').text) == 0]
        # if len(non_diff_objs) != len(objs):
        #     print 'Removed {} difficult objects'.format(
        #         len(objs) - len(non_diff_objs))
        objs = non_diff_objs
    num_objs = len(objs)

    boxes = np.zeros((num_objs, 4), dtype=np.uint16)
    gt_classes = np.zeros((num_objs), dtype=np.int32)
    overlaps = np.zeros((num_objs, self.num_classes), dtype=np.float32)
    # "Seg" area for pascal is just the box area
    seg_areas = np.zeros((num_objs), dtype=np.float32)

    # Load object bounding boxes into a data frame.
    for ix, obj in enumerate(objs):
        bbox = obj.find('bndbox')
        # Make pixel indexes 0-based
        x1 = float(bbox.find('xmin').text)
        y1 = float(bbox.find('ymin').text)
        x2 = float(bbox.find('xmax').text)
        y2 = float(bbox.find('ymax').text)
        cls = self._class_to_ind[obj.find('name').text.lower().strip()]
        boxes[ix, :] = [x1, y1, x2, y2]
        gt_classes[ix] = cls
        overlaps[ix, cls] = 1.0
        seg_areas[ix] = (x2 - x1 + 1) * (y2 - y1 + 1)

    overlaps = scipy.sparse.csr_matrix(overlaps)

    return {'boxes' : boxes,
            'gt_classes': gt_classes,
            'gt_overlaps' : overlaps,
            'flipped' : False,
            'seg_areas' : seg_areas}
   
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5）main下面修改相应的路径：


if __name__ == '__main__':
    from datasets.hs import hs
    d = hs('hs', '/home/panyiming/py-faster-rcnn/lib/datasets')
    res = d.roidb
    from IPython import embed; embed()
   
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2，在py-faster-rcnn目录下，找到lib/datasets/factory.py 并修改，修改后的文件如下：

# --------------------------------------------------------
# Fast R-CNN
# Copyright (c) 2015 Microsoft
# Licensed under The MIT License [see LICENSE for details]
# Written by Ross Girshick
# --------------------------------------------------------

"""Factory method for easily getting imdbs by name."""

__sets = {}

from datasets.hs import hs
import numpy as np

# # Set up voc_<year>_<split> using selective search "fast" mode
# for year in ['2007', '2012']:
#     for split in ['train', 'val', 'trainval', 'test']:
#         name = 'voc_{}_{}'.format(year, split)
#         __sets[name] = (lambda split=split, year=year: pascal_voc(split, year))
#
# # Set up coco_2014_<split>
# for year in ['2014']:
#     for split in ['train', 'val', 'minival', 'valminusminival']:
#         name = 'coco_{}_{}'.format(year, split)
#         __sets[name] = (lambda split=split, year=year: coco(split, year))
#
# # Set up coco_2015_<split>
# for year in ['2015']:
#     for split in ['test', 'test-dev']:
#         name = 'coco_{}_{}'.format(year, split)
#         __sets[name] = (lambda split=split, year=year: coco(split, year))

name = 'hs'
devkit = '/home/panyiming/py-faster-rcnn/lib/datasets'
__sets['hs'] = (lambda name = name,devkit = devkit: hs(name,devkit))

def get_imdb(name):
    """Get an imdb (image database) by name."""
    if not __sets.has_key(name):
        raise KeyError('Unknown dataset: {}'.format(name))
    return __sets[name]()

def list_imdbs():
    """List all registered imdbs."""
    return __sets.keys()
   
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二、模型的选择、训练以及测试：
1.预训练模型介绍
在github官网上的py-faster-rcnn的编译安装教程中有一步如下：

cd $FRCN_ROOT
./data/scripts/fetch_faster_rcnn_models.sh
   
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执行完成之后会在/data/scripts下产生压缩文件faster_rcnn_models.tgz，解压得到faster_rcnn_model文件夹，faster_rcnn_model文件夹下面是作者用faster rcnn训练好的三个网络,分别对应着小、中、大型网络，大家可以试用一下这几个网络，看一些检测效果，他们训练都迭代了80000次，数据集都是pascal_voc的数据集。

可以通过执行如下命令下载Imagenet上训练好的通用模型：

cd $FRCN_ROOT
./data/scripts/fetch_imagenet_models.sh
   
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执行完成之后会在/data/scripts下产生压缩文件imagenet_models.tgz，解压得到imagenet_models文件夹，imagenet_model文件夹下面是在Imagenet上训练好的通用模型，在这里用来初始化网络的参数.

2.修改模型文件配置
模型文件在models下面对应的网络文件夹下，在这里我用中型网络的配置文件修改为例子
比如：我的检测目标物是3类，那么我的类别就有两个类别即 background 和 3类目标
因此，首先打开网络的模型文件夹，打开train.prototxt修改的地方重要有三个
分别是个地方

首先在data层把num_classes 从原来的21类 20类+背景 ，改成 4类 3类目标+背景
接在在cls_score层把num_output 从原来的21 改成 4
RoI Proposal下有个名为name: 'roi-data'的层，将其num_classes修改为4
在bbox_pred层把num_output 从原来的84 改成16， 为检测类别个数乘以4，

如果你要进一步修改网络训练中的学习速率，步长，gamma值，以及输出模型的名字，需要在同目录下的solver.prototxt中修改。

3.启动Fast RCNN网络训练

python ./tools/train_net.py --gpu 1 --solver models/hs/faster_rcnn_end2end/solver.prototxt --weights data/imagenet_models/VGG_CNN_M_1024.v2.caffemodel --imdb hs --iters 80000 --cfg experiments/cfgs/faster_rcnn_end2end.yml
   
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命令解析：
1）、train_net.py是网络的训练文件，之后的参数都是附带的输入参数。
3）、–gpu 代表机器上的GPU编号，如果是nvidia系列的tesla显卡，可以在终端中输入nvidia-smi来查看当前的显卡负荷，选择合适的显卡。
4）、–solver 代表模型的配置文件，train.prototxt的文件路径已经包含在这个文件之中。
5）、-weights 代表初始化的权重文件，这里用的是Imagenet上预训练好的模型，中型的网络我们选择用VGG_CNN_M_1024.v2.caffemodel，此步可以省略，省略后会自动初始化。
6）、–imdb 这里给出的训练的数据库名字需要在factory.py的_sets中，我在文件里面有。_sets[‘hs’]，train_net.py这个文件会调用factory.py再生成hs这个类，来读取数据。

4.启动Fast RCNN网络检测
可以参考tools下面的demo.py 文件，来做检测，并且将检测的坐标结果输出到相应的txt文件中。

Faster_rcnn训练自己的数据集(2)

悦读