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在Windows下运行Felzenszwalb的star-cascade DPM目标检测Matlab源码

**可变形部件模型Deformable Part Models(DPM)**是非常经典的目标检测算法，由Felzenszwalb提出，本文介绍如何在windows下运行Felzenszwalb给出的DPM算法的star-cascade版本voc-release4.01-star-cascade，相比于基本版本voc-release4.01，star-cascade版本增加了PCA降维，检测速度可提高十几倍。

相关资源

有关Deformable Part Model参见论文

Deformable Part Model 相关网页：

实验准备

同样，Felzenszwalb给出的star-cascade DPM也只能在Linux或Mac系统上运行，我们可以对其进行一些修改，使之可以在Windows的Matlab上跑起来。

我的环境：Win7 + Matlab R2012b(其中配置VS2010中的c++编译器)

首先，在star-cascade作者的网站上下载源码，由于star-cascade必须在DPM的基本版本之上运行，所以还需要下载对应的DPM源码，我这里用的都是第4版，即voc-release4.01 和 voc-release4.01-star-cascade。下载完成后首先要在Windows上把voc-release4.01跑起来，详见这篇文章：

下载完voc-release4.01-star-cascade后，将star-cascade文件夹解压到voc-release4.01文件夹中(因为要在DPM之上运行)。发现其中有很多“._”开头的文件，这些是linux或Mac系统上使用的(具体我也不是很懂)，全部删掉，windows下用不到。其子文件夹data中的._开头的文件也可以删掉。
然后用notepad++或其他编辑器打开README，看看说明。README中说先进入star-cascade文件夹，编译源码，然后退回到voc-release4目录运行。在Linux下可以直接运行作者写好的Makefile文件进行编译，在windows上我们需要手动编译。打开Makefile文件，大体上看一看，发现需要编译cascade.cc，model.cc和fconv_var_dim.cc三个文件，接下来尝试用mex进行编译，看看会遇到什么错误。

步骤1 编译cascade.cpp和model.cpp

首先将cascade.cc，model.cc，fconv_var_dim.cc这三个文件的扩展名都改为.cpp，否则windows中无法识别cc文件。然后将matlab的工作目录定位到star-cascade文件夹。cascade.cpp和model.cpp需要同时编译，在matlab命令行中输入：

>> mex cascade.cpp model.cpp

出现错误提示：

\voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(6) : fatal error C1083: Cannot open include file: 'sys/time.h': No such file or directory   
  D:\PROGRA~1\MATLAB\R2012B\BIN\MEX.PL: Error: Compile of 'cascade.cpp' failed.   
Error using mex (line 206)  
Unable to complete successfully.

是说找不到timer.h中的sys/time.h头文件，网上查了查，这是linux中的文件，将“sys/”去掉，直接include time.h，因为windows中也有time.h。再次输入上面的编译命令，结果为：

voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(21) : error C2079: 'tv' uses undefined struct 'timer::tic::timeval' 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(22) : error C3861: 'gettimeofday': identifier not found 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(23) : error C2228: left of '.tv_sec' must have class/struct/union type is 'int' 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(23) : error C2228: left of '.tv_usec' must have class/struct/union type is 'int' 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(28) : error C2079: 'tv' uses undefined struct 'timer::toc::timeval' 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(29) : error C3861: 'gettimeofday': identifier not found 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(30) : error C2228: left of '.tv_sec' must have class/struct/union type is 'int' 
voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\timer.h(30) : error C2228: left of '.tv_usec' must have class/struct/union type is 'int'

说明windows中的time.h和linux中的不一样，没有结构体timeval的定义，也没有gettimeofday函数，网上找了一段替代linux中的gettimeofday函数的代码，加到timer.h文件中，同时再加两个头文件，修改完的timer.h文件如下：

#ifndef _TIMER_H_
#define _TIMER_H_

#include <string>
#include <sstream>
//#include <sys/time.h> //windows下的time.h中没有timeval定义
#include<windows.h> //windows下代替<sys/time.h>
#include<time.h> //windows下代替<sys/time.h>


using namespace std;

//windows下没有gettimeofday函数，从网上找的一个替代函数
int gettimeofday(struct timeval *tp, void *tzp)
{
    time_t clock;
    struct tm tm;
    SYSTEMTIME wtm;
    GetLocalTime(&wtm);
    tm.tm_year     = wtm.wYear - 1900;
    tm.tm_mon     = wtm.wMonth - 1;
    tm.tm_mday     = wtm.wDay;
    tm.tm_hour     = wtm.wHour;
    tm.tm_min     = wtm.wMinute;
    tm.tm_sec     = wtm.wSecond;
    tm. tm_isdst    = -1;
    clock = mktime(&tm);
    tp->tv_sec = clock;
    tp->tv_usec = wtm.wMilliseconds * 1000;
    return (0);
}


class timer {
public:
  timer(string timer_name) {
    name = timer_name;
    total_time = 0;
    calls = 0;
  };

  ~timer() {};

  void tic() {
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    last_time = (double)tv.tv_sec + 1e-6*(double)tv.tv_usec;
    calls++;
  };

  void toc() {
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    double cur_time = (double)tv.tv_sec + 1e-6*(double)tv.tv_usec;
    total_time += cur_time - last_time;
  };

  const char *msg() {
    ostringstream oss;
    oss << "timer '" << name 
        << "' = " << total_time << " sec in " 
        << calls << " call(s)";
    return oss.str().c_str();
  };

  void mexPrintTimer() {
    mexPrintf("timer '%s' = %f sec in %d call(s)\n", name.c_str(), total_time, calls);
  };

  double getTotalTime() {
    return total_time;
  };

private:
  string name;
  int calls;
  double last_time;
  double total_time;
};

#endif

改完timer.h后，再次编译，错误提示为：

cascade.cpp(116) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(130) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(170) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(216) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(217) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(218) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier   
cascade.cpp(219) : error C2065: 'INFINITY' : undeclared identifier

INFINITY是linux中的无穷大，windows下没有，可以自己定义一个，在cascade.cpp中增加下面的语句：

//INFINITY是Linux下的无穷大标志，windows下没有，自己定义一个  
#define INFINITY 0xFFFFFFFFF

然后继续mex cascade.cpp model.cpp，没有错误了。

步骤2 编译fconv_var_dim.cpp

在matlab命令行中输入：

>> mex fconv_var_dim.cpp

提示为：

fconv_var_dim.cpp(2) : fatal error C1083: Cannot open include file: 'pthread.h': No such file or directory   
  D:\PROGRA~1\MATLAB\R2012B\BIN\MEX.PL: Error: Compile of 'fconv_var_dim.cpp' failed.   
Error using mex (line 206)  
Unable to complete successfully.

找不到pthread.h，可以从 POSIX Threads for Win32( http://www.sourceware.org/pthreads-win32/ ) 下载Pthreads的win32版本，下载整个pthreads-w32-2-9-1-release压缩包，我们要用到其中两个头文件。
将pthread.h的目录添加到环境变量，嫌麻烦的话直接把pthread.h放到VS2010安装目录的include文件夹中。再次编译，提示：

C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\INCLUDE\pthread.h(299) : fatal error C1083: Cannot open include file: 'sched.h': No such file or directory   
  D:\PROGRA~1\MATLAB\R2012B\BIN\MEX.PL: Error: Compile of 'fconv_var_dim.cpp' failed.   
Error using mex (line 206)  
Unable to complete successfully.

sched.h就是我们需要的第二个文件，也在pthreads-w32-2-9-1-release中，把它也复制到VS2010的include文件夹中，再次编译，提示：

\voc-release4.01-star-cascade\star-cascade\fconv_var_dim.cpp(77) : error C4716: 'process' : must return a value   
  D:\PROGRA~1\MATLAB\R2012B\BIN\MEX.PL: Error: Compile of 'fconv_var_dim.cpp' failed.   
Error using mex (line 206)  
Unable to complete successfully.

打开fconv_var_dim.cpp文件，看process函数的定义，函数类型是void *，但函数体中没有return，在windows中运行voc-release4.01的文章中说过，可以通过将process函数的类型改为void来解决没有返回值的错误，但这里如果还这样改的话会出现下面的错误：

fconv_var_dim.cpp(128) : error C2664: 'pthread_create' : cannot convert parameter 3 from 'void (__cdecl *)(void *)' to 'void *(__cdecl *)(void *)'   
        None of the functions with this name in scope match the target type   
  D:\PROGRA~1\MATLAB\R2012B\BIN\MEX.PL: Error: Compile of 'fconv_var_dim.cpp' failed.   
Error using mex (line 206)  
Unable to complete successfully.

因为后面有个用process函数做参数的地方：

if (pthread_create(&ts[i], NULL, process, (void *)&td[i]))

改变process函数的类型会导致参数类型不匹配而无法传参。
怎么办呢，到这里我也没辙了。
翻墙去google上查，偶然发现一个大牛的个人主页，他做了star-cascade DPM算法的改进，网页上有源码下载：

使用说明里有句话：
The distribution comes with precomputed mex files for 64-bit windows, linux and mac systems.也就是说他为64位的windows、linux和mac系统编译好了文件，那么他的源码会不会是win32上的呢，赶紧下载下来一看，果真，他提供了win32版本的和MacOSX版本的源码，而且也是基于voc-release4进行改进的。所以，我们可以下载页面上提供的dtbb_1.zip源码，解压后，进入star-cascade目录，可以看到几个cc文件都为64位系统mex编译好了，真是良心啊。


.mexa64是给linux-64编译好的，.mexmaci64是给Mac-64编译好的，.mexw64是为win-x64编译好的。所以，如果你是64位系统，就不用编译了，人家已经给弄好啦。我们编译完成后，会生成一个后缀为.mexw32的文件，这个文件可以看做c++和matlab之间的一个接口，可以在matlab中调用，实现matlab和c++混合编程。
再仔细看看，发现他写了个makefile_windows.m文件，方便windows用户快速编译，其实里面也就两句话：

mex cascade.cc model.cpp  
mex fconv_var_dim.cpp

不用说，几个需要编译的cpp文件肯定也已经针对win32系统做了修改，我们可以挨个看看，cascade.cpp中，他直接将include timer.h注释掉了，所以timer.h中不兼容windows的都不用管了，更简单，加入了INFINITY的定义 #define INFINITY 1e5。再看看fconv_var_dim.cpp，也就是我不会改的地方，他是在process函数的末尾加上：

#ifdef MThread  
thread_exit(NULL);  
#else  
eturn NULL;  
#endif

然后将用到process函数的地方改为：

#ifdef MThread  
 (pthread_create(&ts[i], NULL, process, (void *)&td[i]))  
        mexErrMsgTxt("Error creating thread");    
#else  
    process((void *)&td[i]);  
    mxSetCell(plhs[0], i, td[i].mxC);  
#endif

我们直接用他的fconv_var_dim.cpp文件替换原来的，再次mex fconv_var_dim.cpp，无错误提示，成功了。

步骤3 运行star-cascade

将matlab的工作目录返回到voc-release4.01，先输入命令：

addpath star-cascade

将star-cascade加入搜索目录，然后调用cascade_demo，就可以看到检测结果啦。如下图：


cascade_demo检测结果-小汽车

cascade_demo检测结果-人

cascade_demo检测结果-自行车

最后再提一下，这个网站 http://cvn.ecp.fr/personnel/iasonas/dpms.html 上的DPM算法改进应该很不错，以前没接触到，以后要好好看看。最想说的是，此网站提供的源码真心不错。

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创建日期 2014-03-06
修改日期 2017-07-02
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