new font strategy

Joseph Redmon

2016-11-05 c7a700dc2249e8bd3a2c9120dfd09240e413c8bd

 src/region_layer.c

@@ -1,6 +1,5 @@
#include "region_layer.h"
#include "activations.h"
#include "softmax_layer.h"
#include "blas.h"
#include "box.h"
#include "cuda.h"
@@ -10,25 +9,35 @@
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

region_layer make_region_layer(int batch, int inputs, int n, int side, int classes, int coords, int rescore)
region_layer make_region_layer(int batch, int w, int h, int n, int classes, int coords)
{
    region_layer l = {0};
    l.type = REGION;

    l.n = n;
    l.batch = batch;
    l.inputs = inputs;
    l.h = h;
    l.w = w;
    l.classes = classes;
    l.coords = coords;
    l.rescore = rescore;
    l.side = side;
    assert(side*side*((1 + l.coords)*l.n + l.classes) == inputs);
    l.cost = calloc(1, sizeof(float));
    l.outputs = l.inputs;
    l.truths = l.side*l.side*(1+l.coords+l.classes);
    l.output = calloc(batch*l.outputs, sizeof(float));
    l.biases = calloc(n*2, sizeof(float));
    l.bias_updates = calloc(n*2, sizeof(float));
    l.outputs = h*w*n*(classes + coords + 1);
    l.inputs = l.outputs;
    l.truths = 30*(5);
    l.delta = calloc(batch*l.outputs, sizeof(float));
    l.output = calloc(batch*l.outputs, sizeof(float));
    int i;
    for(i = 0; i < n*2; ++i){
        l.biases[i] = .5;
    }

    l.forward = forward_region_layer;
    l.backward = backward_region_layer;
#ifdef GPU
    l.forward_gpu = forward_region_layer_gpu;
    l.backward_gpu = backward_region_layer_gpu;
    l.output_gpu = cuda_make_array(l.output, batch*l.outputs);
    l.delta_gpu = cuda_make_array(l.delta, batch*l.outputs);
#endif
@@ -39,182 +48,192 @@
    return l;
}

#define LOG 1

box get_region_box(float *x, float *biases, int n, int index, int i, int j, int w, int h)
{
    box b;
    b.x = (i + .5)/w + x[index + 0] * biases[2*n];
    b.y = (j + .5)/h + x[index + 1] * biases[2*n + 1];
    if(LOG){
        b.x = (i + logistic_activate(x[index + 0])) / w;
        b.y = (j + logistic_activate(x[index + 1])) / h;
    }
    b.w = exp(x[index + 2]) * biases[2*n];
    b.h = exp(x[index + 3]) * biases[2*n+1];
    return b;
}

float delta_region_box(box truth, float *x, float *biases, int n, int index, int i, int j, int w, int h, float *delta, float scale)
{
    box pred = get_region_box(x, biases, n, index, i, j, w, h);
    float iou = box_iou(pred, truth);

    float tx = (truth.x - (i + .5)/w) / biases[2*n];
    float ty = (truth.y - (j + .5)/h) / biases[2*n + 1];
    if(LOG){
        tx = (truth.x*w - i);
        ty = (truth.y*h - j);
    }
    float tw = log(truth.w / biases[2*n]);
    float th = log(truth.h / biases[2*n + 1]);

    delta[index + 0] = scale * (tx - x[index + 0]);
    delta[index + 1] = scale * (ty - x[index + 1]);
    if(LOG){
        delta[index + 0] = scale * (tx - logistic_activate(x[index + 0])) * logistic_gradient(logistic_activate(x[index + 0]));
        delta[index + 1] = scale * (ty - logistic_activate(x[index + 1])) * logistic_gradient(logistic_activate(x[index + 1]));
    }
    delta[index + 2] = scale * (tw - x[index + 2]);
    delta[index + 3] = scale * (th - x[index + 3]);
    return iou;
}

float logit(float x)
{
    return log(x/(1.-x));
}

float tisnan(float x)
{
    return (x != x);
}

void softmax_tree(float *input, int batch, int inputs, float temp, tree *hierarchy, float *output);
void forward_region_layer(const region_layer l, network_state state)
{
    int locations = l.side*l.side;
    int i,j;
    int i,j,b,t,n;
    int size = l.coords + l.classes + 1;
    memcpy(l.output, state.input, l.outputs*l.batch*sizeof(float));
    int b;
    if (l.softmax){
        for(b = 0; b < l.batch; ++b){
            int index = b*l.inputs;
            for (i = 0; i < locations; ++i) {
                int offset = i*l.classes;
                softmax_array(l.output + index + offset, l.classes,
                        l.output + index + offset);
    reorg(l.output, l.w*l.h, size*l.n, l.batch, 1);
    for (b = 0; b < l.batch; ++b){
        for(i = 0; i < l.h*l.w*l.n; ++i){
            int index = size*i + b*l.outputs;
            l.output[index + 4] = logistic_activate(l.output[index + 4]);
            if(l.softmax_tree){
                softmax_tree(l.output + index + 5, 1, 0, 1, l.softmax_tree, l.output + index + 5);
            } else if(l.softmax){
                softmax(l.output + index + 5, l.classes, 1, l.output + index + 5);
            }
            int offset = locations*l.classes;
            activate_array(l.output + index + offset, locations*l.n*(1+l.coords), LOGISTIC);
        }
    }
    if (l.object_logistic) {
        for(b = 0; b < l.batch; ++b){
            int index = b*l.inputs;
            int p_index = index + locations*l.classes;
            activate_array(l.output + p_index, locations*l.n, LOGISTIC);
        }
    }

    if (l.coord_logistic) {
        for(b = 0; b < l.batch; ++b){
            int index = b*l.inputs;
            int coord_index = index + locations*(l.classes + l.n);
            activate_array(l.output + coord_index, locations*l.n*l.coords, LOGISTIC);
        }
    }

    if (l.class_logistic) {
        for(b = 0; b < l.batch; ++b){
            int class_index = b*l.inputs;
            activate_array(l.output + class_index, locations*l.classes, LOGISTIC);
        }
    }

    if(state.train){
        float avg_iou = 0;
        float avg_cat = 0;
        float avg_allcat = 0;
        float avg_obj = 0;
        float avg_anyobj = 0;
        int count = 0;
        *(l.cost) = 0;
        int size = l.inputs * l.batch;
        memset(l.delta, 0, size * sizeof(float));
        for (b = 0; b < l.batch; ++b){
            int index = b*l.inputs;
            for (i = 0; i < locations; ++i) {
                int truth_index = (b*locations + i)*(1+l.coords+l.classes);
                int is_obj = state.truth[truth_index];
                for (j = 0; j < l.n; ++j) {
                    int p_index = index + locations*l.classes + i*l.n + j;
                    l.delta[p_index] = l.noobject_scale*(0 - l.output[p_index]);
                    *(l.cost) += l.noobject_scale*pow(l.output[p_index], 2);
                    avg_anyobj += l.output[p_index];
                }

                int best_index = -1;
                float best_iou = 0;
                float best_rmse = 20;

                if (!is_obj){
                    continue;
                }

                int class_index = index + i*l.classes;
                for(j = 0; j < l.classes; ++j) {
                    l.delta[class_index+j] = l.class_scale * (state.truth[truth_index+1+j] - l.output[class_index+j]);
                    *(l.cost) += l.class_scale * pow(state.truth[truth_index+1+j] - l.output[class_index+j], 2);
                    if(state.truth[truth_index + 1 + j]) avg_cat += l.output[class_index+j];
                    avg_allcat += l.output[class_index+j];
                }

                box truth = float_to_box(state.truth + truth_index + 1 + l.classes);
                truth.x /= l.side;
                truth.y /= l.side;

                for(j = 0; j < l.n; ++j){
                    int box_index = index + locations*(l.classes + l.n) + (i*l.n + j) * l.coords;
                    box out = float_to_box(l.output + box_index);
                    out.x /= l.side;
                    out.y /= l.side;

                    if (l.sqrt){
                        out.w = out.w*out.w;
                        out.h = out.h*out.h;
    if(!state.train) return;
    memset(l.delta, 0, l.outputs * l.batch * sizeof(float));
    float avg_iou = 0;
    float recall = 0;
    float avg_cat = 0;
    float avg_obj = 0;
    float avg_anyobj = 0;
    int count = 0;
    *(l.cost) = 0;
    for (b = 0; b < l.batch; ++b) {
        for (j = 0; j < l.h; ++j) {
            for (i = 0; i < l.w; ++i) {
                for (n = 0; n < l.n; ++n) {
                    int index = size*(j*l.w*l.n + i*l.n + n) + b*l.outputs;
                    box pred = get_region_box(l.output, l.biases, n, index, i, j, l.w, l.h);
                    float best_iou = 0;
                    for(t = 0; t < 30; ++t){
                        box truth = float_to_box(state.truth + t*5 + b*l.truths);
                        if(!truth.x) break;
                        float iou = box_iou(pred, truth);
                        if (iou > best_iou) best_iou = iou;
                    }
                    avg_anyobj += l.output[index + 4];
                    l.delta[index + 4] = l.noobject_scale * ((0 - l.output[index + 4]) * logistic_gradient(l.output[index + 4]));
                    if(best_iou > .5) l.delta[index + 4] = 0;

                    float iou  = box_iou(out, truth);
                    //iou = 0;
                    float rmse = box_rmse(out, truth);
                    if(best_iou > 0 || iou > 0){
                        if(iou > best_iou){
                            best_iou = iou;
                            best_index = j;
                        }
                    }else{
                        if(rmse < best_rmse){
                            best_rmse = rmse;
                            best_index = j;
                        }
                    if(*(state.net.seen) < 12800){
                        box truth = {0};
                        truth.x = (i + .5)/l.w;
                        truth.y = (j + .5)/l.h;
                        truth.w = l.biases[2*n];
                        truth.h = l.biases[2*n+1];
                        delta_region_box(truth, l.output, l.biases, n, index, i, j, l.w, l.h, l.delta, .01);
                        //l.delta[index + 0] = .1 * (0 - l.output[index + 0]);
                        //l.delta[index + 1] = .1 * (0 - l.output[index + 1]);
                        //l.delta[index + 2] = .1 * (0 - l.output[index + 2]);
                        //l.delta[index + 3] = .1 * (0 - l.output[index + 3]);
                    }
                }

                if(l.forced){
                    if(truth.w*truth.h < .1){
                        best_index = 1;
                    }else{
                        best_index = 0;
                    }
                }

                int box_index = index + locations*(l.classes + l.n) + (i*l.n + best_index) * l.coords;
                int tbox_index = truth_index + 1 + l.classes;

                box out = float_to_box(l.output + box_index);
                out.x /= l.side;
                out.y /= l.side;
                if (l.sqrt) {
                    out.w = out.w*out.w;
                    out.h = out.h*out.h;
                }
                float iou  = box_iou(out, truth);

                //printf("%d", best_index);
                int p_index = index + locations*l.classes + i*l.n + best_index;
                *(l.cost) -= l.noobject_scale * pow(l.output[p_index], 2);
                *(l.cost) += l.object_scale * pow(1-l.output[p_index], 2);
                avg_obj += l.output[p_index];
                l.delta[p_index] = l.object_scale * (1.-l.output[p_index]);

                if(l.rescore){
                    l.delta[p_index] = l.object_scale * (iou - l.output[p_index]);
                }

                l.delta[box_index+0] = l.coord_scale*(state.truth[tbox_index + 0] - l.output[box_index + 0]);
                l.delta[box_index+1] = l.coord_scale*(state.truth[tbox_index + 1] - l.output[box_index + 1]);
                l.delta[box_index+2] = l.coord_scale*(state.truth[tbox_index + 2] - l.output[box_index + 2]);
                l.delta[box_index+3] = l.coord_scale*(state.truth[tbox_index + 3] - l.output[box_index + 3]);
                if(l.sqrt){
                    l.delta[box_index+2] = l.coord_scale*(sqrt(state.truth[tbox_index + 2]) - l.output[box_index + 2]);
                    l.delta[box_index+3] = l.coord_scale*(sqrt(state.truth[tbox_index + 3]) - l.output[box_index + 3]);
                }

                *(l.cost) += pow(1-iou, 2);
                avg_iou += iou;
                ++count;
            }
            if(l.softmax){
                gradient_array(l.output + index + locations*l.classes, locations*l.n*(1+l.coords), 
                        LOGISTIC, l.delta + index + locations*l.classes);
            }
            if (l.object_logistic) {
                int p_index = index + locations*l.classes;
                gradient_array(l.output + p_index, locations*l.n, LOGISTIC, l.delta + p_index);
            }

            if (l.class_logistic) {
                int class_index = index;
                gradient_array(l.output + class_index, locations*l.classes, LOGISTIC, l.delta + class_index);
            }

            if (l.coord_logistic) {
                    int coord_index = index + locations*(l.classes + l.n);
                gradient_array(l.output + coord_index, locations*l.n*l.coords, LOGISTIC, l.delta + coord_index);
            }
            //printf("\n");
        }
        printf("Region Avg IOU: %f, Pos Cat: %f, All Cat: %f, Pos Obj: %f, Any Obj: %f, count: %d\n", avg_iou/count, avg_cat/count, avg_allcat/(count*l.classes), avg_obj/count, avg_anyobj/(l.batch*locations*l.n), count);
        for(t = 0; t < 30; ++t){
            box truth = float_to_box(state.truth + t*5 + b*l.truths);

            if(!truth.x) break;
            float best_iou = 0;
            int best_index = 0;
            int best_n = 0;
            i = (truth.x * l.w);
            j = (truth.y * l.h);
            //printf("%d %f %d %f\n", i, truth.x*l.w, j, truth.y*l.h);
            box truth_shift = truth;
            truth_shift.x = 0;
            truth_shift.y = 0;
            printf("index %d %d\n",i, j);
            for(n = 0; n < l.n; ++n){
                int index = size*(j*l.w*l.n + i*l.n + n) + b*l.outputs;
                box pred = get_region_box(l.output, l.biases, n, index, i, j, l.w, l.h);
                if(l.bias_match){
                    pred.w = l.biases[2*n];
                    pred.h = l.biases[2*n+1];
                }
                printf("pred: (%f, %f) %f x %f\n", pred.x, pred.y, pred.w, pred.h);
                pred.x = 0;
                pred.y = 0;
                float iou = box_iou(pred, truth_shift);
                if (iou > best_iou){
                    best_index = index;
                    best_iou = iou;
                    best_n = n;
                }
            }
            printf("%d %f (%f, %f) %f x %f\n", best_n, best_iou, truth.x, truth.y, truth.w, truth.h);

            float iou = delta_region_box(truth, l.output, l.biases, best_n, best_index, i, j, l.w, l.h, l.delta, l.coord_scale);
            if(iou > .5) recall += 1;
            avg_iou += iou;

            //l.delta[best_index + 4] = iou - l.output[best_index + 4];
            avg_obj += l.output[best_index + 4];
            l.delta[best_index + 4] = l.object_scale * (1 - l.output[best_index + 4]) * logistic_gradient(l.output[best_index + 4]);
            if (l.rescore) {
                l.delta[best_index + 4] = l.object_scale * (iou - l.output[best_index + 4]) * logistic_gradient(l.output[best_index + 4]);
            }


            int class = state.truth[t*5 + b*l.truths + 4];
            if (l.map) class = l.map[class];
            if(l.softmax_tree){
                float pred = 1;
                while(class >= 0){
                    pred *= l.output[best_index + 5 + class];
                    int g = l.softmax_tree->group[class];
                    int i;
                    int offset = l.softmax_tree->group_offset[g];
                    for(i = 0; i < l.softmax_tree->group_size[g]; ++i){
                        int index = best_index + 5 + offset + i;
                        l.delta[index] = l.class_scale * (0 - l.output[index]);
                    }
                    l.delta[best_index + 5 + class] = l.class_scale * (1 - l.output[best_index + 5 + class]);

                    class = l.softmax_tree->parent[class];
                }
                avg_cat += pred;
            } else {
                for(n = 0; n < l.classes; ++n){
                    l.delta[best_index + 5 + n] = l.class_scale * (((n == class)?1 : 0) - l.output[best_index + 5 + n]);
                    if(n == class) avg_cat += l.output[best_index + 5 + n];
                }
            }
            ++count;
        }
    }
    printf("\n");
    reorg(l.delta, l.w*l.h, size*l.n, l.batch, 0);
    *(l.cost) = pow(mag_array(l.delta, l.outputs * l.batch), 2);
    printf("Region Avg IOU: %f, Class: %f, Obj: %f, No Obj: %f, Avg Recall: %f,  count: %d\n", avg_iou/count, avg_cat/count, avg_obj/count, avg_anyobj/(l.w*l.h*l.n*l.batch), recall/count, count);
}

void backward_region_layer(const region_layer l, network_state state)
@@ -222,37 +241,85 @@
    axpy_cpu(l.batch*l.inputs, 1, l.delta, 1, state.delta, 1);
}

void get_region_boxes(layer l, int w, int h, float thresh, float **probs, box *boxes, int only_objectness)
{
    int i,j,n;
    float *predictions = l.output;
    //int per_cell = 5*num+classes;
    for (i = 0; i < l.w*l.h; ++i){
        int row = i / l.w;
        int col = i % l.w;
        for(n = 0; n < l.n; ++n){
            int index = i*l.n + n;
            int p_index = index * (l.classes + 5) + 4;
            float scale = predictions[p_index];
            int box_index = index * (l.classes + 5);
            boxes[index] = get_region_box(predictions, l.biases, n, box_index, col, row, l.w, l.h);
            boxes[index].x *= w;
            boxes[index].y *= h;
            boxes[index].w *= w;
            boxes[index].h *= h;

            int class_index = index * (l.classes + 5) + 5;
            if(l.softmax_tree){
                
                hierarchy_predictions(predictions + class_index, l.classes, l.softmax_tree, 0);
                int found = 0;
                for(j = l.classes - 1; j >= 0; --j){
                    if(!found && predictions[class_index + j] > .5){
                        found = 1;
                    } else {
                        predictions[class_index + j] = 0;
                    }
                    float prob = predictions[class_index+j];
                    probs[index][j] = (scale > thresh) ? prob : 0;
                }
            }else{
                for(j = 0; j < l.classes; ++j){
                    float prob = scale*predictions[class_index+j];
                    probs[index][j] = (prob > thresh) ? prob : 0;
                }
            }
            if(only_objectness){
                probs[index][0] = scale;
            }
        }
    }
}

#ifdef GPU

void forward_region_layer_gpu(const region_layer l, network_state state)
{
    if(!state.train){
        copy_ongpu(l.batch*l.inputs, state.input, 1, l.output_gpu, 1);
        return;
    }
    /*
       if(!state.train){
       copy_ongpu(l.batch*l.inputs, state.input, 1, l.output_gpu, 1);
       return;
       }
     */

    float *in_cpu = calloc(l.batch*l.inputs, sizeof(float));
    float *truth_cpu = 0;
    if(state.truth){
        int num_truth = l.batch*l.side*l.side*(1+l.coords+l.classes);
        int num_truth = l.batch*l.truths;
        truth_cpu = calloc(num_truth, sizeof(float));
        cuda_pull_array(state.truth, truth_cpu, num_truth);
    }
    cuda_pull_array(state.input, in_cpu, l.batch*l.inputs);
    network_state cpu_state;
    network_state cpu_state = state;
    cpu_state.train = state.train;
    cpu_state.truth = truth_cpu;
    cpu_state.input = in_cpu;
    forward_region_layer(l, cpu_state);
    cuda_push_array(l.output_gpu, l.output, l.batch*l.outputs);
    cuda_push_array(l.delta_gpu, l.delta, l.batch*l.inputs);
    cuda_push_array(l.delta_gpu, l.delta, l.batch*l.outputs);
    free(cpu_state.input);
    if(cpu_state.truth) free(cpu_state.truth);
}

void backward_region_layer_gpu(region_layer l, network_state state)
{
    axpy_ongpu(l.batch*l.inputs, 1, l.delta_gpu, 1, state.delta, 1);
    axpy_ongpu(l.batch*l.outputs, 1, l.delta_gpu, 1, state.delta, 1);
    //copy_ongpu(l.batch*l.inputs, l.delta_gpu, 1, state.delta, 1);
}
#endif