日本人用にトレーニングした dlib の性別判定モデル

dlib の性別判定モデルも日本人を誤判定

dlib には優秀な性別判定モデルがあります。しかし、残念ながらこれも人種に偏りがあり、特に北東アジア人、とりわけ日本人に関してはまったく役に立たないと言っても過言ではありません。理由は先ほどと同様に訓練に使用した顔認証用のデータセットに偏りがあったためです。

そこで私は日本人を中心とした多くのデータセットを収集し、これもゼロから訓練を行いました。日本人用に訓練したとは言っても欧米人の性別判定に関しても dlib のモデルに遜色ない結果となってます。とはいえ dlib の性別判定モデル "dnn_gender_classifier_v1.dat" は非常に軽いモデルです。私のモデルはdlib の "resnet34_1000_imagenet_classifier.dnn" を男女の性別判定にソースコードを変更して訓練したものであり、重たいモデルとなっています。
もっとも重たいのはモデルを読み込み desesialize する冒頭部分であり、性別判定処理にかかる時間はそれほどでもありません。
それでも、あなたの利用範囲が欧米人に特化している場合は dlib のモデルを使用した方が良いでしょう。

ソースコード

/*
  Written by Taguchi.
   The original source code is "dnn_imagenet_ex.cpp" in the dlib example folder.
   This source code has been modified to use "taguchi_model_gender_classifier.dnn" instead of using 
   "resnet34_1000_imagenet_classifier.dnn".

     Example) GenderModelClassifier gender
*/

#include <dlib/dnn.h>
#include <iostream>
#include <dlib/data_io.h>
#include <dlib/gui_widgets.h>
#include <dlib/image_transforms.h>

using namespace std;
using namespace dlib;

// ----------------------------------------------------------------------------------------

// This block of statements defines the resnet-34 network

template <template <int, template<typename>class, int, typename> class block, int N, template<typename>class BN, typename SUBNET>
using residual = add_prev1<block<N, BN, 1, tag1<SUBNET>>>;

template <template <int, template<typename>class, int, typename> class block, int N, template<typename>class BN, typename SUBNET>
using residual_down = add_prev2<avg_pool<2, 2, 2, 2, skip1<tag2<block<N, BN, 2, tag1<SUBNET>>>>>>;

template <int N, template <typename> class BN, int stride, typename SUBNET>
using block = BN<con<N, 3, 3, 1, 1, relu<BN<con<N, 3, 3, stride, stride, SUBNET>>>>>;

template <int N, typename SUBNET> using ares = relu<residual<block, N, affine, SUBNET>>;
template <int N, typename SUBNET> using ares_down = relu<residual_down<block, N, affine, SUBNET>>;

template <typename SUBNET> using alevel1 = ares<512, ares<512, ares_down<512, SUBNET>>>;
template <typename SUBNET> using alevel2 = ares<256, ares<256, ares<256, ares<256, ares<256, ares_down<256, SUBNET>>>>>>;
template <typename SUBNET> using alevel3 = ares<128, ares<128, ares<128, ares_down<128, SUBNET>>>>;
template <typename SUBNET> using alevel4 = ares<64, ares<64, ares<64, SUBNET>>>;

using anet_type = loss_multiclass_log <fc<2, avg_pool_everything<
	alevel1<
	alevel2<
	alevel3<
	alevel4<
	max_pool<3, 3, 2, 2, relu<affine<con<64, 7, 7, 2, 2,
	input_rgb_image_sized<150>
	>>>>>>>>>>>;

// ----------------------------------------------------------------------------------------

rectangle make_random_cropping_rect_resnet(
	const matrix<rgb_pixel>& img,
	dlib::rand& rnd
)
{
	// figure out what rectangle we want to crop from the image
	double mins = 0.466666666, maxs = 0.875;
	auto scale = mins + rnd.get_random_double()*(maxs - mins);
	auto size = scale * std::min(img.nr(), img.nc());
	rectangle rect(size, size);
	// randomly shift the box around
	point offset(rnd.get_random_32bit_number() % (img.nc() - rect.width()),
		rnd.get_random_32bit_number() % (img.nr() - rect.height()));
	return move_rect(rect, offset);
}

// ----------------------------------------------------------------------------------------

void randomly_crop_images(
	const matrix<rgb_pixel>& img,
	dlib::array<matrix<rgb_pixel>>& crops,
	dlib::rand& rnd,
	long num_crops
)
{
	std::vector<chip_details> dets;
	for (long i = 0; i < num_crops; ++i)
	{
		auto rect = make_random_cropping_rect_resnet(img, rnd);
		dets.push_back(chip_details(rect, chip_dims(150, 150)));
	}

	extract_image_chips(img, dets, crops);

	for (auto&& img : crops)
	{
		// Also randomly flip the image
		if (rnd.get_random_double() > 0.5)
			img = fliplr(img);

		// And then randomly adjust the colors.
		apply_random_color_offset(img, rnd);
	}
}

// ----------------------------------------------------------------------------------------

int main(int argc, char** argv) try
{
	if (argc == 1)
	{
		cout << "Give this program image files as command line arguments.\n" << endl;
		cout << "You will also need a copy of the file taguchi_gender_classifier.dnn " << endl;
		cout << endl;
		return 1;
	}

	std::vector<string> labels;
	anet_type net;
	labels.push_back("female");
	labels.push_back("male");
	cout << " deserialize start " << endl;
	//deserialize("resnet34.dnn") >> net >> labels;
	deserialize("taguchi_model_gender_classifier.dnn") >> net;
	cout << " deserialize end " << endl;

	// Make a network with softmax as the final layer.  We don't have to do this
	// if we just want to output the single best prediction, since the anet_type
	// already does this.  But if we instead want to get the probability of each
	// class as output we need to replace the last layer of the network with a
	// softmax layer, which we do as follows:
	softmax<anet_type::subnet_type> snet;
	snet.subnet() = net.subnet();

	dlib::array<matrix<rgb_pixel>> images;
	matrix<rgb_pixel> img, crop;

	dlib::rand rnd;
	image_window win;

	// Load test images.
	auto dir = directory(argv[1]);
	for (auto image_file : dir.get_files())
	{
		load_image(img, image_file);
		const int num_crops = 16;
		randomly_crop_images(img, images, rnd, num_crops);
		matrix<float, 1, 2> p = sum_rows(mat(snet(images.begin(), images.end()))) / num_crops;

		win.set_image(img);
		unsigned long predicted_label = index_of_max(p);
		cout << "file:"  << image_file << " " << p(predicted_label) << ": " << labels[predicted_label] << endl;
	}

}
catch (std::exception& e)
{
	cout << e.what() << endl;
}

dlib の性別判定モデルのソースコードは、github/dlib 'dnn_gender_classifier_v1_ex.cpp' を参照し、使い方はそちらを直接ご覧ください。
github dlib

50万枚の顔データセットによる訓練

私の性別判定モデルの訓練には、顔画像ファイルを合計で50万枚以上使用しました。
このうち約40%が日本人(日本人以外のアジア人も若干含む)の顔データです。
この訓練用データセットはいくつかの公開されていたデータセットに加えて、インターネットから収集したものを加えました。

私のモデル 'taguchi_model_gender_classifier.dnn' とソースコードは github より入手してください。

[Taguchi's gender model]

コンパイル方法

私の性別判定モデルのソースコードは、'GenderModelClassifier.cpp' です。
dlib.net にコンパイル方法が記載されていますので参考にしてください。
How to compile dlib

Taguchi モデルの実行

コンパイル後に出来たexeファイルと同じフォルダーに以下を配置してください。

gender フォルダーとその中にある日本人の若手俳優の顔画像ファイルを配置してください。
'shape_predictor_5_face_landmarks.dat' を配置してください。
'taguchi_model_gender_classifier.dnn' を配置してください。

コマンドプロンプトより以下のコマンドを打ってください。

Taguchi model の例
```
> GenderModelClassifier gender
```

実行すると下記のように精度とともに 'male' 'female' で判定結果が表示されます。

制限事項

私のモデルには訓練用データが不足しているため、精度が著しく悪い場合があります。

アフリカ系のルーツを持つ人物
18歳未満の人物
マスクを付けている人物

上記の用途には向かないことがあります。
注意してご利用ください。