HOG+SVM行人检测的两种方法

关于HOG+SVM，CSDN上有一些非常好的文章，这里给出我觉得写的比较好的几篇，仅供大家参考

目标检测的图像特征提取之（一）HOG特征

HOG：从理论到OpenCV实践

opencv 学习笔记-入门（21）之三线性插值-hog(二)
这篇博客写的是关于三线性插值的，为了减少混叠效应的，写的很好

OpenCV中的HOG+SVM物体分类

OpenCV HOGDescriptor 参数图解

利用Hog特征和SVM分类器进行行人检测

以上就是个人觉得写的比较好的博客，基本上将上面的博客看懂了，HOG也比较理解了，如果还想输入了解HOG，建议直接看OpenCV HOG的源码

下面，就说说使用OpenCV 中的HOG+SVM实现行人检测的两种方式

说明：程序运行环境为VS2013+OpenCV3.0

第一种

先说第一种方式，直接上代码:

///////////////////////////////////HOG+SVM识别方式2///////////////////////////////////////////////////  
void Train()
{
    ////////////////////////////////读入训练样本图片路径和类别///////////////////////////////////////////////////
    //图像路径和类别
    vector<string> imagePath;
    vector<int> imageClass;
    int numberOfLine = 0;
    string buffer;
    ifstream trainingData(string(FILEPATH)+"TrainData.txt");
    unsigned long n;

    while (!trainingData.eof())
    {
        getline(trainingData, buffer);
        if (!buffer.empty())
        {
            ++numberOfLine;
            if (numberOfLine % 2 == 0)
            {
                //读取样本类别
                imageClass.push_back(atoi(buffer.c_str()));
            }
            else
            {
                //读取图像路径
                imagePath.push_back(buffer);
            }
        }
    }

    //关闭文件  
    trainingData.close();


    ////////////////////////////////获取样本的HOG特征///////////////////////////////////////////////////
    //样本特征向量矩阵
    int numberOfSample = numberOfLine / 2;
    Mat featureVectorOfSample(numberOfSample, 3780, CV_32FC1);//矩阵中每行为一个样本

    //样本的类别
    Mat classOfSample(numberOfSample, 1, CV_32SC1);

    Mat convertedImage;
    Mat trainImage;

    // 计算HOG特征
    for (vector<string>::size_type i = 0; i <= imagePath.size() - 1; ++i)
    {
        //读入图片
        Mat src = imread(imagePath[i], -1);
        if (src.empty())
        {
            cout << "can not load the image:" << imagePath[i] << endl;
            continue;
        }
        //cout << "processing:" << imagePath[i] << endl;

        // 归一化
        resize(src, trainImage, Size(64, 128));

        // 提取HOG特征
        HOGDescriptor hog(cvSize(64, 128), cvSize(16, 16), cvSize(8, 8), cvSize(8, 8), 9);
        vector<float> descriptors;
        double time1 = getTickCount();
        hog.compute(trainImage, descriptors);//这里可以设置检测窗口步长，如果图片大小超过64×128，可以设置winStride
        double time2 = getTickCount();
        double elapse_ms = (time2 - time1) * 1000 / getTickFrequency();
        //cout << "HOG dimensions:" << descriptors.size() << endl;
        //cout << "Compute time:" << elapse_ms << endl;


        //保存到特征向量矩阵中
        for (vector<float>::size_type j = 0; j <= descriptors.size() - 1; ++j)
        {
            featureVectorOfSample.at<float>(i, j) = descriptors[j];
        }

        //保存类别到类别矩阵
        //!!注意类别类型一定要是int 类型的
        classOfSample.at<int>(i, 0) = imageClass[i];
    }


    ///////////////////////////////////使用SVM分类器训练///////////////////////////////////////////////////    
    //设置参数，注意Ptr的使用
    Ptr<SVM> svm = SVM::create();
    svm->setType(SVM::C_SVC);
    svm->setKernel(SVM::LINEAR);//注意必须使用线性SVM进行训练，因为HogDescriptor检测函数只支持线性检测！！！
    svm->setTermCriteria(TermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER, 1000, FLT_EPSILON));

    //使用SVM学习         
    svm->train(featureVectorOfSample, ROW_SAMPLE, classOfSample);

    //保存分类器(里面包括了SVM的参数，支持向量,α和rho)
    svm->save(string(FILEPATH) + "Classifier.xml");

    /*
    SVM训练完成后得到的XML文件里面，有一个数组，叫做support vector，还有一个数组，叫做alpha,有一个浮点数，叫做rho;
    将alpha矩阵同support vector相乘，注意，alpha*supportVector,将得到一个行向量，将该向量前面乘以-1。之后，再该行向量的最后添加一个元素rho。
    如此，变得到了一个分类器，利用该分类器，直接替换opencv中行人检测默认的那个分类器（cv::HOGDescriptor::setSVMDetector()），
    */
    //获取支持向量机：矩阵默认是CV_32F
    Mat supportVector = svm->getSupportVectors();//

    //获取alpha和rho
    Mat alpha;//每个支持向量对应的参数α(拉格朗日乘子)，默认alpha是float64的
    Mat svIndex;//支持向量所在的索引
    float rho = svm->getDecisionFunction(0, alpha, svIndex);

    //转换类型:这里一定要注意，需要转换为32的
    Mat alpha2;
    alpha.convertTo(alpha2, CV_32FC1);

    //结果矩阵，两个矩阵相乘
    Mat result(1, 3780, CV_32FC1);
    result = alpha2*supportVector;

    //乘以-1，这里为什么会乘以-1？
    //注意因为svm.predict使用的是alpha*sv*another-rho，如果为负的话则认为是正样本，在HOG的检测函数中，使用rho+alpha*sv*another(another为-1)
    for (int i = 0; i < 3780; ++i)
        result.at<float>(0, i) *= -1;

    //将分类器保存到文件，便于HOG识别
    //这个才是真正的判别函数的参数(ω)，HOG可以直接使用该参数进行识别
    FILE *fp = fopen((string(FILEPATH) + "HOG_SVM.txt").c_str(), "wb");
    for (int i = 0; i<3780; i++)
    {
        fprintf(fp, "%f \n", result.at<float>(0,i));
    }
    fprintf(fp, "%f", rho);

    fclose(fp);

}

// 使用训练好的分类器识别
void Detect()
{
    Mat img;
    FILE* f = 0;
    char _filename[1024];

    // 获取测试图片文件路径
    f = fopen((string(FILEPATH) + "TestData.txt").c_str(), "rt");
    if (!f)
    {
        fprintf(stderr, "ERROR: the specified file could not be loaded\n");
        return;
    }


    //加载训练好的判别函数的参数(注意，与svm->save保存的分类器不同)
    vector<float> detector;
    ifstream fileIn(string(FILEPATH) + "HOG_SVM.txt", ios::in);
    float val = 0.0f;
    while (!fileIn.eof())
    {
        fileIn >> val;
        detector.push_back(val);
    }
    fileIn.close();

    //设置HOG
    HOGDescriptor hog;
    hog.setSVMDetector(detector);// 使用自己训练的分类器
    //hog.setSVMDetector(HOGDescriptor::getDefaultPeopleDetector());//可以直接使用05 CVPR已训练好的分类器,这样就不用Train()这个步骤了
    namedWindow("people detector", 1);

    // 检测图片
    for (;;)
    {
        // 读取文件名
        char* filename = _filename;
        if (f)
        {
            if (!fgets(filename, (int)sizeof(_filename)-2, f))
                break;
            //while(*filename && isspace(*filename))
            //  ++filename;
            if (filename[0] == '#')
                continue;

            //去掉空格
            int l = (int)strlen(filename);
            while (l > 0 && isspace(filename[l - 1]))
                --l;
            filename[l] = '\0';
            img = imread(filename);
        }
        printf("%s:\n", filename);
        if (!img.data)
            continue;

        fflush(stdout);
        vector<Rect> found, found_filtered;
        double t = (double)getTickCount();
        // run the detector with default parameters. to get a higher hit-rate
        // (and more false alarms, respectively), decrease the hitThreshold and
        // groupThreshold (set groupThreshold to 0 to turn off the grouping completely).
        //多尺度检测
        hog.detectMultiScale(img, found, 0, Size(8, 8), Size(32, 32), 1.05, 2);
        t = (double)getTickCount() - t;
        printf("detection time = %gms\n", t*1000. / cv::getTickFrequency());
        size_t i, j;

        //去掉空间中具有内外包含关系的区域，保留大的
        for (i = 0; i < found.size(); i++)
        {
            Rect r = found[i];
            for (j = 0; j < found.size(); j++)
            if (j != i && (r & found[j]) == r)
                break;
            if (j == found.size())
                found_filtered.push_back(r);
        }

        // 适当缩小矩形
        for (i = 0; i < found_filtered.size(); i++)
        {
            Rect r = found_filtered[i];
            // the HOG detector returns slightly larger rectangles than the real objects.
            // so we slightly shrink the rectangles to get a nicer output.
            r.x += cvRound(r.width*0.1);
            r.width = cvRound(r.width*0.8);
            r.y += cvRound(r.height*0.07);
            r.height = cvRound(r.height*0.8);
            rectangle(img, r.tl(), r.br(), cv::Scalar(0, 255, 0), 3);
        }

        imshow("people detector", img);
        int c = waitKey(0) & 255;
        if (c == 'q' || c == 'Q' || !f)
            break;
    }
    if (f)
        fclose(f);
    return;
}

void HOG_SVM2()
{
    //如果使用05 CVPR提供的默认分类器，则不需要Train(),直接使用Detect检测图片
    Train();
    Detect();
}

int main()
{
    //HOG+SVM识别方式1：直接输出类别
    //HOG_SVM1();

    //HOG+SVM识别方式2：输出图片中的存在目标的矩形
    HOG_SVM2();

}

这里我想说明一下TrainData.txt,这个文件放置了所有样本的路径和类别，如下：

关
于如何读取正负样本的路径到txt文件，可以使用批处理文件，批处理文件我上传到了CSDN，大家可以去下载
点击下载

正负样本至少保证有1000，不能太少，否则效果就不好了，其中HOG_SVM.txt里面包含了判别函数的参数，这个参数可以直接给HOG用
下面就是我的测试效果：

检测效果还可以.
测试图片我也上传到网上了
点击下载

当然你也可以不用自己训练分类器，直接使用OpenCV自带的分类器，OpenCV自带的分类器使用的是05年CVPR那篇文章中作者训练好的分类器，下面我们就来看看效果：

图中可以看出，OpenCV自带的分类器效果要比自己训练的好，主要原因大概有以下几点
1.训练样本不足，我的正负样本才900多
2.正样本图片不够清晰，导致特征提取有比较大的误差

最近有人在运行博客中程序的时候出现了问题，让我看看程序，我也不太清楚什么问题，所以我将整个程序和程序测试数据打包了一下，上传到了CSDN上。
点击下载
解压后，将”Pedestrians64x128”文件夹放置在D盘根目录，然后使用HOG.cpp新建一个工程，直接可以运行。

注：环境是VS2013+OpenCV3.0.0,Release版本

第二种

下面说说第二种方式，第二种方式就是传统的方式了，就是对于测试样本，提取特征，然后使用训练好的分类器进行识别,代码

///////////////////////////////////HOG+SVM识别方式1///////////////////////////////////////////////////
void HOG_SVM1()
{
    ////////////////////////////////读入训练样本图片路径和类别///////////////////////////////////////////////////
    //图像路径和类别
    vector<string> imagePath;
    vector<int> imageClass;
    int numberOfLine = 0;
    string buffer;
    ifstream trainingData(string(FILEPATH) + "TrainData.txt", ios::in);
    unsigned long n;

    while (!trainingData.eof())
    {
        getline(trainingData, buffer);
        if (!buffer.empty())
        {
            ++numberOfLine;
            if (numberOfLine % 2 == 0)
            {
                //读取样本类别
                imageClass.push_back(atoi(buffer.c_str()));
            }
            else
            {
                //读取图像路径
                imagePath.push_back(buffer);
            }
        }
    }
    trainingData.close();


    ////////////////////////////////获取样本的HOG特征///////////////////////////////////////////////////
    //样本特征向量矩阵
    int numberOfSample = numberOfLine / 2;
    Mat featureVectorOfSample(numberOfSample, 3780, CV_32FC1);//矩阵中每行为一个样本

    //样本的类别
    Mat classOfSample(numberOfSample, 1, CV_32SC1);

    //开始计算训练样本的HOG特征
    for (vector<string>::size_type i = 0; i <= imagePath.size() - 1; ++i)
    {
        //读入图片
        Mat src = imread(imagePath[i], -1);
        if (src.empty())
        {
            cout << "can not load the image:" << imagePath[i] << endl;
            continue;
        }
        cout << "processing" << imagePath[i] << endl;

        //缩放
        Mat trainImage;
        resize(src, trainImage, Size(64, 128));

        //提取HOG特征
        HOGDescriptor hog(Size(64, 128), Size(16, 16), Size(8, 8), Size(8, 8), 9);
        vector<float> descriptors;
        hog.compute(trainImage, descriptors);//这里可以设置检测窗口步长，如果图片大小超过64×128，可以设置winStride
        cout << "HOG dimensions:" << descriptors.size() << endl;

        //保存特征向量矩阵中
        for (vector<float>::size_type j = 0; j <= descriptors.size() - 1; ++j)
        {
            featureVectorOfSample.at<float>(i, j) = descriptors[j];
        }

        //保存类别到类别矩阵
        //!!注意类别类型一定要是int 类型的
        classOfSample.at<int>(i, 0) = imageClass[i];
    }


    ///////////////////////////////////使用SVM分类器训练///////////////////////////////////////////////////    
    //设置参数
    //参考3.0的Demo
    Ptr<SVM> svm = SVM::create();
    svm->setKernel(SVM::RBF);
    svm->setType(SVM::C_SVC);
    svm->setC(10);
    svm->setCoef0(1.0);
    svm->setP(1.0);
    svm->setNu(0.5);
    svm->setTermCriteria(TermCriteria(CV_TERMCRIT_EPS, 1000, FLT_EPSILON));

    //使用SVM学习         
    svm->train(featureVectorOfSample, ROW_SAMPLE, classOfSample);

    //保存分类器
    svm->save("Classifier.xml");


    ///////////////////////////////////使用训练好的分类器进行识别///////////////////////////////////////////////////
    vector<string> testImagePath;
    ifstream testData(string(FILEPATH) + "TestData.txt", ios::out);
    while (!testData.eof())
    {
        getline(testData, buffer);
        //读取
        if (!buffer.empty())
            testImagePath.push_back(buffer);

    }
    testData.close();

    ofstream fileOfPredictResult(string(FILEPATH) + "PredictResult.txt"); //最后识别的结果
    for (vector<string>::size_type i = 0; i <= testImagePath.size() - 1; ++i)
    {
        //读取测试图片
        Mat src = imread(testImagePath[i], -1);
        if (src.empty())
        {
            cout << "Can not load the image:" << testImagePath[i] << endl;
            continue;
        }

        //缩放
        Mat testImage;
        resize(src, testImage, Size(64, 64));

        //测试图片提取HOG特征
        HOGDescriptor hog(cvSize(64, 64), cvSize(16, 16), cvSize(8, 8), cvSize(8, 8), 9);
        vector<float> descriptors;
        hog.compute(testImage, descriptors);
        cout << "HOG dimensions:" << descriptors.size() << endl;

        Mat featureVectorOfTestImage(1, descriptors.size(), CV_32FC1);
        for (int j = 0; j <= descriptors.size() - 1; ++j)
        {
            featureVectorOfTestImage.at<float>(0, j) = descriptors[j];
        }

        //对测试图片进行分类并写入文件
        int predictResult = svm->predict(featureVectorOfTestImage);
        char line[512];
        //printf("%s %d\r\n", testImagePath[i].c_str(), predictResult);
        std::sprintf(line, "%s %d\n", testImagePath[i].c_str(), predictResult);
        fileOfPredictResult << line;

    }
    fileOfPredictResult.close();
}

int main()
{
    //HOG+SVM识别方式1：直接输出类别
    HOG_SVM1();

    //HOG+SVM识别方式2：输出图片中的存在目标的矩形
    //HOG_SVM2();

}

大家可以分别使用自己的数据集测试一下上面的两种方式，如果有上面疑问，欢迎留言讨论

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