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tracking 单目标跟踪框架

介绍

tracking 是基于百度深度学习框架Paddle研发的视频单目标跟踪（Visual Object Tracking, VOT）库, 整体框架参考 pytracking，其优秀的设计使得我们能够方便地将其他跟踪器如SiamFC，SiamRPN，SiamMask等融合到一个框架中，方便后续统一的实验和比较。

当前tracking涵盖当前目标跟踪的主流模型，包括SiamFC, SiamRPN, SiamMask, ATOM。tracking旨在给开发者提供一系列基于PaddlePaddle的便捷、高效的目标跟踪深度学习算法，后续会不断的扩展模型的丰富度。

ATOM 跟踪效果展示：

ball

图中，绿色框为标注的bbox，红色框为ATOM跟踪的bbox。

代码目录结构

imgs 包含跟踪结果的图像

ltr 包含模型训练代码
  └─ actors             输入数据，输出优化目标  
  └─ admin              管理数据路径等
  └─ data               多线程数据读取和预处理
  └─ dataset            训练数据集读取
  └─ models             模型定义
  └─ train_settings     训练配置
  └─ trainers           模型训练器
  └─ run_training.py    模型训练入口程序

pytracking  包含跟踪代码
  └─ admin              管理数据路径，模型位置等
  └─ features           特征提取
  └─ libs               跟踪常用操作
  └─ parameter          跟踪器参数设置
  └─ tracker            跟踪器
  └─ utils              画图等
  └─ pysot-toolkit      评估数据集载入和指标计算
  └─ eval_benchmark.py  评估跟踪器入口程序
  └─ visualize_results_on_benchmark.ipynb  可视化跟踪结果

开始使用

数据准备

目标跟踪的训练集和测试集是不同的，目前最好的模型往往是使用多个训练集进行训练。

主流的训练数据集有：

下载并解压后的数据集的组织方式为：

/Datasets/
    └─ ILSVRC2015_VID/
    └─ train2014/
    └─ GOT-10K/
    └─ LaSOTBenchmark/

Datasets是数据集保存的路径。

注：数据集较大，请预留足够的磁盘空间。训练Siamfc时，只需要下载VID数据集，训练ATOM需要全部下载上述三个数据集。

快速开始

tracking的工作环境：

  • Linux
  • python3
  • PaddlePaddle1.7

注意：如果遇到cmath无法import的问题，建议切换Python版本，建议使用python3.6.8, python3.7.0 。另外， tracking暂不支持在window上运行，如果开发者有需求在window上运行tracking，请在issue中提出需求。

安装依赖

  1. 安装paddle，需要安装1.7版本的Paddle，如低于这个版本，请升级到Paddle 1.7.
pip install paddlepaddle-gpu==1.7.0
  1. 安装第三方库，建议使用anaconda
# (可选) 0. 强烈建议新建一个 conda 环境，在安装 anaconda 后执行
#      conda create -n paddle1.7-py3.6 python=3.6
#      conda activate paddle1.7-py3.6

cd tracking
pip install -r requirements.txt

# (可选) 1. 推荐安装：快速读取 jpeg 文件
apt-get install libturbojpeg

# (可选) 2. 推荐安装：进程控制
apt-get install build-essential libcap-dev
pip install python-prctl

预训练 backbone 下载

在开始训练前，先准备SiamRPN、SiamMask、ATOM模型的Backbone预训练模型。

我们提供 ATOM ResNet18 和 ResNet50 的 backbone模型。可从这里下载所有预训练模型的压缩包。 压缩包解压后的文件夹为 pretrained_models. 文件的目录结构如下：

/pretrained_models/
    └─ atom
        └─ atom_resnet18.pdparams
        └─ atom_resnet50.pdparams
    └─ backbone
        └─ ResNet18.pdparams
        └─ ResNet50.pdparams

其中/pretrained_models/backbone/文件夹包含，ResNet18、ResNet50在Imagenet上的预训练模型。

设置训练参数

在启动训练前，需要设置tracking使用的数据集路径，以及训练模型保存的路径，这些参数在ltr/admin/local.py中设置。

首先，需要先生成local.py文件。

# 到代码库根目录
cd tracking

其次，设置训练模型文件保存路径：workspace_dir，backbone模型路径：backbone_dir，数据集路径等等，对于没有用到的数据集，可以不用设置其路径。

# 用你常用的编辑器编辑 ltr/admin/local.py
# 比方说，vim ltr/admin/local.py
# 其中，
#       workspace_dir = './checkpoints' # 要保存训练模型的位置
#       backbone_dir = Your BACKBONE_PATH # 训练SiamFC时不需要设置
#       并依次设定需要使用的训练数据集如 VID, LaSOT, COCO 等，比如：
#       imagenet_dir = '/Datasets/ILSVRC2015/'  # 设置训练集VID的路径

# 如果 ltr/admin/local.py 不存在，请使用代码生成
python -c "from ltr.admin.environment import create_default_local_file; create_default_local_file()"

训练SiamFC时需要只需要配置 workspace_dir和 imagenet_dir即可，如下：

    self.workspace_dir = './checkpoints'
    self.imagenet_dir = '/Datasets/ILSVRC2015/'

训练ATOM时，除了 workspace_dir和 imagenet_dir外，还需要指定coco, lasot, got10k的数据集路径，参考如下：

    self.workspace_dir = './checkpoints'
    self.lasot_dir = '/Datasets/LaSOTBenchmark/'
    self.coco_dir = '/Datasets/train2014/'
    self.got10k_dir = '/Datasets/GOT-10k/train'
    self.imagenet_dir = '/Datasets/ILSVRC2015/'

另外，训练ATOM时，需要准备got10k和lasot的数据集划分文件，方式如下：

cd ltr/data_specs/
wget https://paddlemodels.cdn.bcebos.com/paddle_track/vot/got10k_lasot_split.tar
tar xvf got10k_lasot_split.tar

启动训练

# 到训练代码目录
cd ltr

# 训练 ATOM ResNet18
python run_training.py bbreg atom_res18_vid_lasot_coco

# 训练 ATOM ResNet50
python run_training.py bbreg atom_res50_vid_lasot_coco

# 训练 SiamFC
python run_training.py siamfc siamfc_alexnet_vid

模型评估

评估训练后的模型使用pysot-toolkit工具包，其提供了多个单目标跟踪数据集的评估API。测试数据集建议从pysot-toolkit 提供的链接中下载。

准备好测试数据后，使用如下命令，克隆跟踪评估pysot-toolkit的代码模块，运行如下命令：

cd pytracking
git clone https://github.com/StrangerZhang/pysot-toolkit.git
mv pysot-toolkit pysot_toolkit
cd pysot_toolkit
pip install -r requirements.txt
cd pysot/utils/
python setup.py build_ext --inplace

测试数据集准备

按照pysot-toolkit的方式准备数据集VOT2018，放到/Datasets 文件夹下。

设置模型评估环境

接下来开始设置评估环境：

# 在pytracking/admin/local.py文件中设置测试数据集、待测试模型、以及测试结果的保存路径
# 用你常用的编辑器编辑 pytracking/admin/local.py
# 比方说，vim pytracking/admin/local.py
# 其中 settings.dataset_path 和 settings.network_path 分别设置为测试集的路径和模型训练参数的路径

# 如果不存在 pytracking/admin/local.py，可以使用代码生成
python -c "from pytracking.admin.environment import create_default_local_file; create_default_local_file()"

准备测试数据和模型

按照pysot-toolkit的方式准备数据集VOT2018，放到settings.dataset_path指定文件夹中，或者自行设置settings.dataset_path指向测试数据集。

将自己训练的模型拷贝到 NETWORK_PATH，或者建立软链接，如

ln -s tracking/ltr/Logs/checkpoints/ltr/bbreg/ $NETWORK_PATH/bbreg

开始测试：

测试ATOM模型：

# 在VOT2018上评测ATOM模型
# -d VOT2018  表示使用VOT2018数据集进行评测
# -tr bbreg.atom_res18_vid_lasot_coco 表示要评测的模型，和训练保持一致
# -te atom.default_vot 表示加载定义超参数的文件pytracking/parameter/atom/default_vot.py
# -e 40 表示使用第40个epoch的模型进行评测，也可以设置为'range(1, 50, 1)' 表示测试从第1个epoch到第50个epoch模型
# -n 15 表示测试15次取平均结果，默认值是1
python eval_benchmark.py -d VOT2018 -tr bbreg.atom_res18_vid_lasot_coco -te atom.default_vot -e 40 -n 15

测试SiamFC

# 在VOT2018上测试SiamFC
python eval_benchmark.py -d VOT2018 -tr siamfc.siamfc_alexnet_vid -te siamfc.default -e 'range(1, 50, 1)'

跟踪结果可视化

在数据集上评测完后，可以通过可视化跟踪器的结果来定位问题。我们提供下面的方法来可视化跟踪结果：

cd pytracking

# 开启 jupyter notebook，请留意终端是否输出 token
jupyter notebook --ip 0.0.0.0 --port 8888

在你的浏览器中输入服务器的 IP 地址加上端口号，若是在本地执行则打开 http://localhost:8888。若需要输入 token 请查看执行 jupyter notebook --ip 0.0.0.0 --port 8888 命令时的终端输出。

打开网页之后，打开 visualize_results_on_benchmark.ipynb 来可视化结果。

指标结果

数据集 模型 Backbone 论文结果 训练结果 模型
VOT2018 ATOM Res18 EAO: 0.401 0.399 model
VOT2018 SiamFC AlexNet EAO: 0.188 0.211 model

引用与参考

SiamFC [Paper] [Code]

@inproceedings{bertinetto2016fully,
  title={Fully-convolutional siamese networks for object tracking},
  author={Bertinetto, Luca and Valmadre, Jack and Henriques, Joao F and Vedaldi, Andrea and Torr, Philip HS},
  booktitle={European conference on computer vision},
  pages={850--865},
  year={2016},
  organization={Springer}
}

ATOM [Paper] [Raw results] [Models] [Training Code] [Tracker Code]

@inproceedings{danelljan2019atom,
  title={Atom: Accurate tracking by overlap maximization},
  author={Danelljan, Martin and Bhat, Goutam and Khan, Fahad Shahbaz and Felsberg, Michael},
  booktitle={Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition},
  pages={4660--4669},
  year={2019}
}

DiMP [Paper] [Raw results] [Models] [Training Code] [Tracker Code]

@inproceedings{bhat2019learning,
  title={Learning discriminative model prediction for tracking},
  author={Bhat, Goutam and Danelljan, Martin and Gool, Luc Van and Timofte, Radu},
  booktitle={Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision},
  pages={6182--6191},
  year={2019}
}

ECO [Paper] [Models] [Tracker Code]

@inproceedings{danelljan2017eco,
  title={Eco: Efficient convolution operators for tracking},
  author={Danelljan, Martin and Bhat, Goutam and Shahbaz Khan, Fahad and Felsberg, Michael},
  booktitle={Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition},
  pages={6638--6646},
  year={2017}
}