magiv2 / modelling_magiv2.py
Mateusz Mróz
Implement Magiv2Model with detection, OCR, and character association capabilities
cd77b9d
from transformers import PreTrainedModel, VisionEncoderDecoderModel, ViTMAEModel, ConditionalDetrModel
from transformers.models.conditional_detr.modeling_conditional_detr import (
ConditionalDetrMLPPredictionHead,
ConditionalDetrModelOutput,
inverse_sigmoid,
)
from .configuration_magiv2 import Magiv2Config
from .processing_magiv2 import Magiv2Processor
from torch import nn
from typing import Optional, List, Callable, Dict, Any, Tuple
import torch
from einops import rearrange, repeat
from .utils import move_to_device, visualise_single_image_prediction, sort_panels, sort_text_boxes_in_reading_order
from transformers.image_transforms import center_to_corners_format
from .utils import UnionFind, sort_panels, sort_text_boxes_in_reading_order
import pulp
import scipy
import numpy as np
from scipy.optimize import linear_sum_assignment
from numpy.typing import NDArray
class Magiv2Model(PreTrainedModel):
"""
Model Magiv2 - wielomodułowy model wizyjny do analizy komiksów/mang.
Model składa się z trzech głównych komponentów (każdy może być opcjonalnie wyłączony):
1. Moduł detekcji obiektów - wykrywa panele, postaci, tekst, ogony dymków
2. Moduł OCR - rozpoznaje tekst w wykrytych obszarach tekstowych
3. Moduł embedowania - tworzy reprezentacje wektorowe dla wyciętych fragmentów obrazu
Dodatkowo model posiada głowice do:
- Predykcji bounding boxów dla wykrytych obiektów
- Dopasowywania postaci do siebie (character-character matching)
- Dopasowywania tekstu do postaci (text-character matching)
- Dopasowywania tekstu do ogonów dymków (text-tail matching)
- Klasyfikacji typu tekstu (czy to dialog)
Attributes:
config_class: Klasa konfiguracji używana przez ten model
config: Instancja konfiguracji modelu
processor: Procesor do preprocessingu danych wejściowych
ocr_model: Model encoder-decoder do rozpoznawania tekstu (opcjonalny)
crop_embedding_model: Model ViT-MAE do tworzenia embeddingów (opcjonalny)
detection_transformer: Transformer do detekcji obiektów (opcjonalny)
bbox_predictor: Głowica MLP do predykcji bounding boxów
character_character_matching_head: Głowica do dopasowywania postaci
text_character_matching_head: Głowica do dopasowywania tekstu do postaci
text_tail_matching_head: Głowica do dopasowywania tekstu do ogonów
class_labels_classifier: Klasyfikator klas obiektów
is_this_text_a_dialogue: Klasyfikator typu tekstu (dialog vs naracja)
matcher: Hungarian matcher do dopasowywania predykcji do targetów
num_non_obj_tokens: Liczba tokenów niebędących obiektami w outputcie transformera
"""
config_class: type[Magiv2Config] = Magiv2Config
def __init__(self, config: Magiv2Config) -> None:
"""
Inicjalizuje model Magiv2 z podaną konfiguracją.
Args:
config: Obiekt konfiguracji typu Magiv2Config zawierający wszystkie
parametry modelu i informacje o tym, które moduły są aktywne.
Returns:
None
"""
super().__init__(config)
self.config: Magiv2Config = config
self.processor: Magiv2Processor = Magiv2Processor(config)
# Inicjalizacja modelu OCR (opcjonalna, zależna od konfiguracji)
if not config.disable_ocr:
self.ocr_model: VisionEncoderDecoderModel = VisionEncoderDecoderModel(
config.ocr_model_config)
# Inicjalizacja modelu embedowania wycięć (opcjonalna, zależna od konfiguracji)
if not config.disable_crop_embeddings:
self.crop_embedding_model: ViTMAEModel = ViTMAEModel(
config.crop_embedding_model_config)
# Inicjalizacja modułu detekcji obiektów i wszystkich powiązanych głowic
if not config.disable_detections:
# Liczba tokenów w outputcie transformera, które nie reprezentują obiektów
# (tokeny specjalne używane do zadań matching)
self.num_non_obj_tokens: int = 5
# Główny transformer do detekcji obiektów (panele, postaci, tekst, ogony)
self.detection_transformer: ConditionalDetrModel = ConditionalDetrModel(
config.detection_model_config)
# Głowica MLP do predykcji współrzędnych bounding boxów (4 wartości: cx, cy, w, h)
self.bbox_predictor: ConditionalDetrMLPPredictionHead = ConditionalDetrMLPPredictionHead(
input_dim=config.detection_model_config.d_model,
hidden_dim=config.detection_model_config.d_model,
output_dim=4, num_layers=3
)
# Głowica do dopasowywania postaci do siebie (clustering postaci)
# Input: tokeny dwóch postaci + token c2c + opcjonalnie embeddingi wycięć
self.character_character_matching_head: ConditionalDetrMLPPredictionHead = ConditionalDetrMLPPredictionHead(
input_dim=3 * config.detection_model_config.d_model +
(2 * config.crop_embedding_model_config.hidden_size if not config.disable_crop_embeddings else 0),
hidden_dim=config.detection_model_config.d_model,
output_dim=1, num_layers=3
)
# Głowica do dopasowywania tekstu do postaci (kto mówi)
# Input: token tekstu + token postaci + token t2c
self.text_character_matching_head: ConditionalDetrMLPPredictionHead = ConditionalDetrMLPPredictionHead(
input_dim=3 * config.detection_model_config.d_model,
hidden_dim=config.detection_model_config.d_model,
output_dim=1, num_layers=3
)
# Głowica do dopasowywania tekstu do ogonów dymków
# Input: token tekstu + token ogona
self.text_tail_matching_head: ConditionalDetrMLPPredictionHead = ConditionalDetrMLPPredictionHead(
input_dim=2 * config.detection_model_config.d_model,
hidden_dim=config.detection_model_config.d_model,
output_dim=1, num_layers=3
)
# Klasyfikator klas dla wykrytych obiektów
# (0=postać, 1=tekst, 2=panel, 3=ogon, etc.)
self.class_labels_classifier: nn.Linear = nn.Linear(
config.detection_model_config.d_model, config.detection_model_config.num_labels
)
# Klasyfikator binarny: czy dany tekst to dialog (vs naracja/sound effect)
self.is_this_text_a_dialogue: nn.Linear = nn.Linear(
config.detection_model_config.d_model, 1
)
# Hungarian matcher do dopasowywania predykcji do ground truth podczas treningu
self.matcher: ConditionalDetrHungarianMatcher = ConditionalDetrHungarianMatcher(
class_cost=config.detection_model_config.class_cost,
bbox_cost=config.detection_model_config.bbox_cost,
giou_cost=config.detection_model_config.giou_cost
)
def move_to_device(self, input: Any) -> Any:
"""
Przenosi dane wejściowe na to samo urządzenie co model.
Args:
input: Dane do przeniesienia (tensor, dict, lista, etc.)
Returns:
Dane przeniesione na urządzenie modelu
"""
return move_to_device(input, self.device)
@torch.no_grad()
def do_chapter_wide_prediction(
self,
pages_in_order: List[NDArray[np.uint8]],
character_bank: Dict[str, Any],
eta: float = 0.75,
batch_size: int = 8,
use_tqdm: bool = False,
do_ocr: bool = True
) -> List[Dict[str, Any]]:
"""
Wykonuje kompleksową predykcję dla całego rozdziału komiksu/mangi.
Ta metoda przeprowadza pełną analizę wszystkich stron w rozdziale, obejmującą:
1. Detekcję obiektów (panele, postaci, tekst, ogony dymków) na każdej stronie
2. Dopasowywanie postaci do siebie w obrębie strony i między stronami
3. Przypisywanie imion postaci na podstawie banku znanych postaci
4. Rozpoznawanie tekstu (OCR) w wykrytych obszarach tekstowych
Args:
pages_in_order: Lista obrazów stron w kolejności (każdy obraz jako numpy array)
character_bank: Słownik zawierający bazę znanych postaci:
- "images": lista obrazów referencyjnych postaci
- "names": lista imion odpowiadających obrazom
eta: Parametr kosztu dla opcji "inne postaci" w dopasowywaniu (0-1).
Wyższe wartości zwiększają prawdopodobieństwo przypisania "Other".
batch_size: Rozmiar batcha dla przetwarzania stron (kompromis pamięć/prędkość)
use_tqdm: Czy wyświetlać pasek postępu podczas przetwarzania
do_ocr: Czy wykonać rozpoznawanie tekstu (OCR) na wykrytych obszarach
Returns:
Lista słowników, jeden dla każdej strony, zawierających:
- "panels": lista bounding boxów paneli
- "texts": lista bounding boxów tekstu
- "characters": lista bounding boxów postaci
- "tails": lista bounding boxów ogonów dymków
- "text_character_associations": asocjacje tekst-postać
- "text_tail_associations": asocjacje tekst-ogon
- "character_cluster_labels": etykiety klastrów dla postaci
- "is_essential_text": flagi czy tekst to dialog
- "character_names": przypisane imiona postaci (jeśli dostępne)
- "ocr": rozpoznany tekst (jeśli do_ocr=True)
"""
texts: List[List[List[float]]] = []
characters: List[List[List[float]]] = []
character_clusters: List[List[int]] = []
# Przygotowanie iteratora z opcjonalnym paskiem postępu
if use_tqdm:
from tqdm import tqdm
iterator: Any = tqdm(range(0, len(pages_in_order), batch_size))
else:
iterator: range = range(0, len(pages_in_order), batch_size)
# Przetwarzanie stron w batchach
per_page_results: List[Dict[str, Any]] = []
for i in iterator:
pages: List[NDArray[np.uint8]] = pages_in_order[i:i+batch_size]
results: List[Dict[str, Any]
] = self.predict_detections_and_associations(pages)
per_page_results.extend([result for result in results])
# Ekstrakcja wyników detekcji dla każdej strony
texts = [result["texts"] for result in per_page_results]
characters = [result["characters"] for result in per_page_results]
character_clusters = [result["character_cluster_labels"]
for result in per_page_results]
# Przypisanie imion postaci na podstawie banku znanych postaci
assigned_character_names: List[str] = self.assign_names_to_characters(
pages_in_order, characters, character_bank, character_clusters, eta=eta)
# Opcjonalne rozpoznawanie tekstu (OCR)
if do_ocr:
ocr: List[List[str]] = self.predict_ocr(
pages_in_order, texts, use_tqdm=use_tqdm)
# Dodawanie przypisanych imion i OCR do wyników dla każdej strony
offset_characters: int = 0
iteration_over: Any = zip(
per_page_results, ocr) if do_ocr else per_page_results
for iter in iteration_over:
if do_ocr:
result: Dict[str, Any]
ocr_for_page: List[str]
result, ocr_for_page = iter
result["ocr"] = ocr_for_page
else:
result = iter
result["character_names"] = assigned_character_names[offset_characters:
offset_characters + len(result["characters"])]
offset_characters += len(result["characters"])
return per_page_results
def assign_names_to_characters(
self,
images: List[NDArray[np.uint8]],
character_bboxes: List[List[List[float]]],
character_bank: Dict[str, Any],
character_clusters: List[List[int]],
eta: float = 0.75
) -> List[str]:
"""
Przypisuje imiona postaci wykrytym w rozdziale na podstawie banku znanych postaci.
Metoda wykorzystuje:
1. Embeddingi wizualne wykrytych postaci
2. Embeddingi postaci z banku referencyjnego
3. Ograniczenia must-link (postaci z tego samego klastra muszą mieć to samo imię)
4. Ograniczenia cannot-link (postaci z różnych klastrów nie mogą mieć tego samego imienia)
5. Problem Optimal Transport z programowaniem liniowym (PuLP) do znalezienia
optymalnego przypisania postaci do imion
Args:
images: Lista obrazów stron z całego rozdziału
character_bboxes: Lista bounding boxów postaci dla każdego obrazu
(list of lists of bboxes)
character_bank: Słownik z bankiem znanych postaci:
- "images": obrazy referencyjne postaci
- "names": imiona odpowiadające obrazom
character_clusters: Etykiety klastrów dla postaci na każdej stronie
(postaci z tym samym ID to prawdopodobnie ta sama osoba)
eta: Parametr kosztu dla opcji "Other" (nieznana postać).
Wyższa wartość = więcej postaci zostanie oznaczonych jako "Other"
Returns:
Lista imion przypisanych do wszystkich wykrytych postaci w kolejności
(lista płaska - imię dla każdej postaci ze wszystkich stron)
"""
# Jeśli bank postaci jest pusty, wszystkie postaci oznaczamy jako "Other"
if len(character_bank["images"]) == 0:
return ["Other" for bboxes_for_image in character_bboxes for bbox in bboxes_for_image]
# Tworzenie embeddingów dla wszystkich postaci w rozdziale
chapter_wide_char_embeddings: List[torch.Tensor] = self.predict_crop_embeddings(
images, character_bboxes)
chapter_wide_char_embeddings_tensor: torch.Tensor = torch.cat(
chapter_wide_char_embeddings, dim=0)
chapter_wide_char_embeddings_normalized: torch.Tensor = torch.nn.functional.normalize(
chapter_wide_char_embeddings_tensor, p=2, dim=1)
chapter_wide_char_embeddings_np: NDArray[np.float32] = chapter_wide_char_embeddings_normalized.cpu(
).numpy()
# Tworzenie ograniczeń must-link i cannot-link z klastrów postaci
# must-link: postaci z tego samego klastra muszą dostać to samo imię
# cannot-link: postaci z różnych klastrów nie mogą dostać tego samego imienia
must_link: List[Tuple[int, int]] = []
cannot_link: List[Tuple[int, int]] = []
offset: int = 0
for clusters_per_image in character_clusters:
for i in range(len(clusters_per_image)):
for j in range(i+1, len(clusters_per_image)):
if clusters_per_image[i] == clusters_per_image[j]:
must_link.append((offset + i, offset + j))
else:
cannot_link.append((offset + i, offset + j))
offset += len(clusters_per_image)
# Tworzenie embeddingów dla postaci z banku referencyjnego
# Używamy pełnego obrazu dla każdej referencyjnej postaci
character_bank_embeddings: List[torch.Tensor] = self.predict_crop_embeddings(
character_bank["images"], [[[0, 0, x.shape[1], x.shape[0]]] for x in character_bank["images"]])
character_bank_embeddings_tensor: torch.Tensor = torch.cat(
character_bank_embeddings, dim=0)
character_bank_embeddings_normalized: torch.Tensor = torch.nn.functional.normalize(
character_bank_embeddings_tensor, p=2, dim=1)
character_bank_embeddings_np: NDArray[np.float32] = character_bank_embeddings_normalized.cpu(
).numpy()
# Obliczanie macierzy kosztów (odległości między embeddingami)
costs: NDArray[np.float32] = scipy.spatial.distance.cdist(
chapter_wide_char_embeddings_np, character_bank_embeddings_np)
# Dodanie opcji "Other" (nieznana postać) jako dodatkowa kolumna w macierzy kosztów
none_of_the_above: NDArray[np.float32] = eta * \
np.ones((costs.shape[0], 1))
costs = np.concatenate([costs, none_of_the_above], axis=1)
# Konfiguracja problemu optymalizacji (minimalizacja kosztu przypisania)
sense: int = pulp.LpMinimize
num_supply: int
num_demand: int
num_supply, num_demand = costs.shape
problem: pulp.LpProblem = pulp.LpProblem(
"Optimal_Transport_Problem", sense)
# Zmienne binarne: x[(i,j)] = 1 gdy postać i jest przypisana do imienia j
x: Dict[Tuple[int, int], pulp.LpVariable] = pulp.LpVariable.dicts("x", ((i, j) for i in range(
num_supply) for j in range(num_demand)), cat='Binary')
# Funkcja celu: minimalizacja całkowitego kosztu przypisania
problem += pulp.lpSum([costs[i][j] * x[(i, j)]
for i in range(num_supply) for j in range(num_demand)])
# Ograniczenie: każda wykryta postać musi być przypisana dokładnie do jednego imienia
for i in range(num_supply):
problem += pulp.lpSum([x[(i, j)] for j in range(num_demand)]
) == 1, f"Supply_{i}_Total_Assignment"
# Ograniczenia cannot-link: postaci z różnych klastrów nie mogą mieć tego samego imienia
for j in range(num_demand-1): # -1 bo ostatnia kolumna to "Other"
for (s1, s2) in cannot_link:
problem += x[(s1, j)] + x[(s2, j)
] <= 1, f"Exclusion_{s1}_{s2}_Demand_{j}"
# Ograniczenia must-link: postaci z tego samego klastra muszą mieć to samo imię
for j in range(num_demand):
for (s1, s2) in must_link:
problem += x[(s1, j)] - x[(s2, j)
] == 0, f"Inclusion_{s1}_{s2}_Demand_{j}"
# Rozwiązanie problemu optymalizacji
problem.solve()
# Ekstrakcja wyników (które postaci zostały przypisane do których imion)
assignments: List[Tuple[int, int]] = []
for v in problem.variables():
if v.varValue is not None and v.varValue > 0:
index: str
assignment: str
index, assignment = v.name.split(
"(")[1].split(")")[0].split(",")
assignment = assignment[1:] # Usunięcie spacji na początku
assignments.append((int(index), int(assignment)))
# Tworzenie listy etykiet (indeksów imion) dla każdej postaci
labels: NDArray[np.float64] = np.zeros(num_supply)
for i, j in assignments:
labels[i] = j
# Mapowanie indeksów na rzeczywiste imiona (lub "Other")
return [character_bank["names"][int(i)] if i < len(character_bank["names"]) else "Other" for i in labels]
def predict_detections_and_associations(
self,
images: List[NDArray[np.uint8]],
move_to_device_fn: Optional[Callable[[Any], Any]] = None,
character_detection_threshold: float = 0.3,
panel_detection_threshold: float = 0.2,
text_detection_threshold: float = 0.3,
tail_detection_threshold: float = 0.34,
character_character_matching_threshold: float = 0.65,
text_character_matching_threshold: float = 0.35,
text_tail_matching_threshold: float = 0.3,
text_classification_threshold: float = 0.5,
) -> List[Dict[str, Any]]:
"""
Wykrywa obiekty i ich asocjacje na obrazach stron komiksu/mangi.
Metoda wykonuje następujące kroki:
1. Detekcję obiektów: panele, postaci, tekst, ogony dymków
2. Klasyfikację wykrytych obiektów i ich bounding boxów
3. Filtrowanie detekcji na podstawie progów prawdopodobieństwa
4. Obliczanie macierzy podobieństwa (affinity matrices):
- text-character: który tekst należy do której postaci
- character-character: które postaci to ta sama osoba
- text-tail: który tekst należy do którego ogona dymku
5. Przypisywanie asocjacji na podstawie macierzy podobieństwa
6. Sortowanie paneli w kolejności czytania
7. Sortowanie tekstów w kolejności czytania w ramach paneli
Args:
images: Lista obrazów do przetworzenia (numpy arrays w formacie HWC)
move_to_device_fn: Funkcja do przenoszenia danych na urządzenie.
Jeśli None, użyje self.move_to_device
character_detection_threshold: Próg prawdopodobieństwa dla detekcji postaci (0-1)
panel_detection_threshold: Próg prawdopodobieństwa dla detekcji paneli (0-1)
text_detection_threshold: Próg prawdopodobieństwa dla detekcji tekstu (0-1)
tail_detection_threshold: Próg prawdopodobieństwa dla detekcji ogonów (0-1)
character_character_matching_threshold: Próg podobieństwa dla dopasowania postaci (0-1)
text_character_matching_threshold: Próg podobieństwa dla dopasowania tekst-postać (0-1)
text_tail_matching_threshold: Próg podobieństwa dla dopasowania tekst-ogon (0-1)
text_classification_threshold: Próg klasyfikacji czy tekst to dialog (0-1)
Returns:
Lista słowników, jeden dla każdego obrazu, zawierających:
- "panels": lista bounding boxów paneli [x1, y1, x2, y2]
- "texts": lista bounding boxów tekstu [x1, y1, x2, y2]
- "characters": lista bounding boxów postaci [x1, y1, x2, y2]
- "tails": lista bounding boxów ogonów dymków [x1, y1, x2, y2]
- "text_character_associations": lista par [idx_tekstu, idx_postaci]
- "text_tail_associations": lista par [idx_tekstu, idx_ogona]
- "character_cluster_labels": etykiety klastrów dla postaci (list of int)
- "is_essential_text": lista flag bool czy dany tekst to dialog
"""
assert not self.config.disable_detections
move_to_device_fn = self.move_to_device if move_to_device_fn is None else move_to_device_fn
# Preprocessing obrazów dla transformera detekcji
inputs_to_detection_transformer: Dict[str, torch.Tensor] = self.processor.preprocess_inputs_for_detection(
images)
inputs_to_detection_transformer = move_to_device_fn(
inputs_to_detection_transformer)
# Przepuszczenie przez transformer detekcji obiektów
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput = self._get_detection_transformer_output(
**inputs_to_detection_transformer)
# Pobranie predykcji klas i bounding boxów
predicted_class_scores: torch.Tensor
predicted_bboxes: torch.Tensor
predicted_class_scores, predicted_bboxes = self._get_predicted_bboxes_and_classes(
detection_transformer_output)
# Przygotowanie rozmiarów oryginalnych obrazów do skalowania bounding boxów
original_image_sizes: torch.Tensor = torch.stack([torch.tensor(
img.shape[:2]) for img in images], dim=0).to(predicted_bboxes.device)
# Konwersja scorów na prawdopodobieństwa i wybranie najlepszych klas
batch_scores: torch.Tensor
batch_labels: torch.Tensor
batch_scores, batch_labels = predicted_class_scores.max(-1)
batch_scores = batch_scores.sigmoid() # Konwersja logitów na prawdopodobieństwa
batch_labels = batch_labels.long()
# Konwersja bounding boxów z formatu center (cx, cy, w, h) na corners (x1, y1, x2, y2)
batch_bboxes: torch.Tensor = center_to_corners_format(predicted_bboxes)
# Skalowanie bounding boxów z powrotem do oryginalnych rozmiarów obrazu
if isinstance(original_image_sizes, List):
img_h: torch.Tensor = torch.Tensor(
[i[0] for i in original_image_sizes])
img_w: torch.Tensor = torch.Tensor(
[i[1] for i in original_image_sizes])
else:
img_h: torch.Tensor
img_w: torch.Tensor
img_h, img_w = original_image_sizes.unbind(1)
scale_fct: torch.Tensor = torch.stack(
[img_w, img_h, img_w, img_h], dim=1).to(batch_bboxes.device)
batch_bboxes = batch_bboxes * scale_fct[:, None, :]
# Filtrowanie detekcji na podstawie progów dla każdego typu obiektu
batch_panel_indices: List[torch.Tensor] = self.processor._get_indices_of_panels_to_keep(
batch_scores, batch_labels, batch_bboxes, panel_detection_threshold)
batch_character_indices: List[torch.Tensor] = self.processor._get_indices_of_characters_to_keep(
batch_scores, batch_labels, batch_bboxes, character_detection_threshold)
batch_text_indices: List[torch.Tensor] = self.processor._get_indices_of_texts_to_keep(
batch_scores, batch_labels, batch_bboxes, text_detection_threshold)
batch_tail_indices: List[torch.Tensor] = self.processor._get_indices_of_tails_to_keep(
batch_scores, batch_labels, batch_bboxes, tail_detection_threshold)
# Ekstrakcja tokenów z outputu transformera dla różnych zadań
# Tokeny obiektów - reprezentacje dla każdego wykrytego obiektu
predicted_obj_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_obj_tokens(
detection_transformer_output)
# Token t2c - specjalny token do zadania text-to-character matching
predicted_t2c_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_t2c_tokens(
detection_transformer_output)
# Token c2c - specjalny token do zadania character-to-character matching
predicted_c2c_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_c2c_tokens(
detection_transformer_output)
# Obliczanie macierzy podobieństwa tekst-postać (kto mówi)
text_character_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_text_character_affinity_matrices(
character_obj_tokens_for_batch=[x[i] for x, i in zip(
predicted_obj_tokens_for_batch, batch_character_indices)],
text_obj_tokens_for_this_batch=[x[i] for x, i in zip(
predicted_obj_tokens_for_batch, batch_text_indices)],
t2c_tokens_for_batch=predicted_t2c_tokens_for_batch,
apply_sigmoid=True,
)
# Przygotowanie bounding boxów postaci do ekstrakcji embeddingów
character_bboxes_in_batch: List[torch.Tensor] = [batch_bboxes[i][j]
for i, j in enumerate(batch_character_indices)]
# Obliczanie macierzy podobieństwa postać-postać (clustering postaci)
character_character_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_character_character_affinity_matrices(
character_obj_tokens_for_batch=[x[i] for x, i in zip(
predicted_obj_tokens_for_batch, batch_character_indices)],
crop_embeddings_for_batch=self.predict_crop_embeddings(
images, character_bboxes_in_batch, move_to_device_fn),
c2c_tokens_for_batch=predicted_c2c_tokens_for_batch,
apply_sigmoid=True,
)
# Obliczanie macierzy podobieństwa tekst-ogon (który tekst należy do którego dymku)
text_tail_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_text_tail_affinity_matrices(
text_obj_tokens_for_this_batch=[x[i] for x, i in zip(
predicted_obj_tokens_for_batch, batch_text_indices)],
tail_obj_tokens_for_batch=[x[i] for x, i in zip(
predicted_obj_tokens_for_batch, batch_tail_indices)],
apply_sigmoid=True,
)
# Klasyfikacja czy tekst to dialog (vs naracja/efekt dźwiękowy)
is_this_text_a_dialogue: List[torch.Tensor] = self._get_text_classification(
[x[i] for x, i in zip(predicted_obj_tokens_for_batch, batch_text_indices)])
# Przygotowanie wyników dla każdego obrazu w batchu
results: List[Dict[str, Any]] = []
for batch_index in range(len(batch_scores)):
# Pobranie indeksów wykrytych obiektów dla tego obrazu
panel_indices: torch.Tensor = batch_panel_indices[batch_index]
character_indices: torch.Tensor = batch_character_indices[batch_index]
text_indices: torch.Tensor = batch_text_indices[batch_index]
tail_indices: torch.Tensor = batch_tail_indices[batch_index]
# Ekstrakcja bounding boxów dla każdego typu obiektu
character_bboxes: torch.Tensor = batch_bboxes[batch_index][character_indices]
panel_bboxes: torch.Tensor = batch_bboxes[batch_index][panel_indices]
text_bboxes: torch.Tensor = batch_bboxes[batch_index][text_indices]
tail_bboxes: torch.Tensor = batch_bboxes[batch_index][tail_indices]
# Sortowanie paneli w kolejności czytania (góra->dół, prawo->lewo dla mangi)
local_sorted_panel_indices: torch.Tensor = sort_panels(
panel_bboxes)
panel_bboxes = panel_bboxes[local_sorted_panel_indices]
# Sortowanie tekstów w kolejności czytania w ramach paneli
local_sorted_text_indices: torch.Tensor = sort_text_boxes_in_reading_order(
text_bboxes, panel_bboxes)
text_bboxes = text_bboxes[local_sorted_text_indices]
# Pobranie scorów podobieństwa dla tego obrazu (z zachowaniem kolejności sortowania)
character_character_matching_scores: torch.Tensor = character_character_affinity_matrices[
batch_index]
text_character_matching_scores: torch.Tensor = text_character_affinity_matrices[
batch_index][local_sorted_text_indices]
text_tail_matching_scores: torch.Tensor = text_tail_affinity_matrices[
batch_index][local_sorted_text_indices]
# Klasyfikacja tekstów jako dialog/nie-dialog
is_essential_text: torch.Tensor = is_this_text_a_dialogue[batch_index][
local_sorted_text_indices] > text_classification_threshold
# Clustering postaci na podstawie macierzy podobieństwa (Union-Find algorithm)
# Postaci z tym samym cluster_label to prawdopodobnie ta sama osoba
character_cluster_labels: List[int] = UnionFind.from_adj_matrix(
character_character_matching_scores > character_character_matching_threshold
).get_labels_for_connected_components()
# Tworzenie asocjacji tekst-postać (przypisywanie mówiącego do każdego tekstu)
if 0 in text_character_matching_scores.shape:
# Brak tekstów lub postaci - pusta lista asocjacji
text_character_associations: torch.Tensor = torch.zeros(
(0, 2), dtype=torch.long)
else:
# Dla każdego tekstu znajdź najbardziej prawdopodobną mówiącą postać
most_likely_speaker_for_each_text: torch.Tensor = torch.argmax(
text_character_matching_scores, dim=1)
text_indices_tensor: torch.Tensor = torch.arange(len(text_bboxes)).type_as(
most_likely_speaker_for_each_text)
text_character_associations: torch.Tensor = torch.stack(
[text_indices_tensor, most_likely_speaker_for_each_text], dim=1)
# Filtrowanie - zachowaj tylko asocjacje powyżej progu pewności
to_keep: torch.Tensor = text_character_matching_scores.max(
dim=1).values > text_character_matching_threshold
text_character_associations = text_character_associations[to_keep]
# Tworzenie asocjacji tekst-ogon (przypisywanie ogona dymku do tekstu)
if 0 in text_tail_matching_scores.shape:
# Brak tekstów lub ogonów - pusta lista asocjacji
text_tail_associations: torch.Tensor = torch.zeros(
(0, 2), dtype=torch.long)
else:
# Dla każdego tekstu znajdź najbardziej prawdopodobny ogon
most_likely_tail_for_each_text: torch.Tensor = torch.argmax(
text_tail_matching_scores, dim=1)
text_indices_tensor: torch.Tensor = torch.arange(len(text_bboxes)).type_as(
most_likely_tail_for_each_text)
text_tail_associations: torch.Tensor = torch.stack(
[text_indices_tensor, most_likely_tail_for_each_text], dim=1)
# Filtrowanie - zachowaj tylko asocjacje powyżej progu pewności
to_keep: torch.Tensor = text_tail_matching_scores.max(
dim=1).values > text_tail_matching_threshold
text_tail_associations = text_tail_associations[to_keep]
# Dodanie wyników dla tego obrazu do listy
results.append({
"panels": panel_bboxes.tolist(),
"texts": text_bboxes.tolist(),
"characters": character_bboxes.tolist(),
"tails": tail_bboxes.tolist(),
"text_character_associations": text_character_associations.tolist(),
"text_tail_associations": text_tail_associations.tolist(),
"character_cluster_labels": character_cluster_labels,
"is_essential_text": is_essential_text.tolist(),
})
return results
def get_affinity_matrices_given_annotations(
self,
images: List[NDArray[np.uint8]],
annotations: List[Dict[str, Any]],
move_to_device_fn: Optional[Callable[[Any], Any]] = None,
apply_sigmoid: bool = True
) -> Dict[str, List[torch.Tensor]]:
"""
Oblicza macierze podobieństwa (affinity matrices) dla anotowanych danych.
Ta metoda jest używana głównie podczas treningu lub ewaluacji, gdy mamy ground truth
annotations. Zamiast używać progów detekcji, używa dopasowania Hungarian Matcher
między predykcjami a ground truth, aby wybrać odpowiednie tokeny dla każdego obiektu.
Args:
images: Lista obrazów do przetworzenia (numpy arrays)
annotations: Lista anotacji dla każdego obrazu, każda zawiera:
- "bboxes_as_x1y1x2y2": lista bounding boxów w formacie [x1,y1,x2,y2]
- "labels": lista etykiet klas dla każdego bbox
(0=postać, 1=tekst, 2=panel, 3=ogon)
move_to_device_fn: Funkcja do przenoszenia danych na urządzenie
apply_sigmoid: Czy aplikować sigmoid do scorów podobieństwa (konwersja logitów->prawdop.)
Returns:
Słownik zawierający:
- "text_character_affinity_matrices": lista macierzy [num_texts, num_characters]
- "character_character_affinity_matrices": lista macierzy [num_chars, num_chars]
- "character_character_affinity_matrices_crop_only": j.w. ale tylko z embeddingów
- "text_tail_affinity_matrices": lista macierzy [num_texts, num_tails]
- "is_this_text_a_dialogue": lista tensorów klasyfikacji tekstu
"""
assert not self.config.disable_detections
move_to_device_fn = self.move_to_device if move_to_device_fn is None else move_to_device_fn
# Ekstrakcja bounding boxów postaci z anotacji (label 0 = postać)
character_bboxes_in_batch: List[List[List[float]]] = [[bbox for bbox, label in zip(
a["bboxes_as_x1y1x2y2"], a["labels"]) if label == 0] for a in annotations]
crop_embeddings_for_batch: List[torch.Tensor] = self.predict_crop_embeddings(
images, character_bboxes_in_batch, move_to_device_fn)
# Preprocessing danych wejściowych dla transformera detekcji (z anotacjami)
inputs_to_detection_transformer: Dict[str, torch.Tensor] = self.processor.preprocess_inputs_for_detection(
images, annotations)
inputs_to_detection_transformer = move_to_device_fn(
inputs_to_detection_transformer)
# Wyciągnięcie przetworzonej listy targetów (usunięcie z inputs)
processed_targets: List[Dict[str, torch.Tensor]
] = inputs_to_detection_transformer.pop("labels")
# Przepuszczenie przez transformer detekcji
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput = self._get_detection_transformer_output(
**inputs_to_detection_transformer)
# Ekstrakcja różnych typów tokenów z outputu transformera
predicted_obj_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_obj_tokens(
detection_transformer_output)
predicted_t2c_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_t2c_tokens(
detection_transformer_output)
predicted_c2c_tokens_for_batch: torch.Tensor = self._get_predicted_c2c_tokens(
detection_transformer_output)
# Predykcja klas i bounding boxów
predicted_class_scores: torch.Tensor
predicted_bboxes: torch.Tensor
predicted_class_scores, predicted_bboxes = self._get_predicted_bboxes_and_classes(
detection_transformer_output)
# Przygotowanie danych do Hungarian matchera
matching_dict: Dict[str, torch.Tensor] = {
"logits": predicted_class_scores,
"pred_boxes": predicted_bboxes,
}
# Wykonanie dopasowania węgierskiego między predykcjami a ground truth
indices: List[Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]
] = self.matcher(matching_dict, processed_targets)
# Listy do przechowania dopasowanych tokenów dla każdego typu obiektu
matched_char_obj_tokens_for_batch: List[torch.Tensor] = []
matched_text_obj_tokens_for_batch: List[torch.Tensor] = []
matched_tail_obj_tokens_for_batch: List[torch.Tensor] = []
t2c_tokens_for_batch: List[torch.Tensor] = []
c2c_tokens_for_batch: List[torch.Tensor] = []
# Dla każdego obrazu w batchu, ekstrakcja dopasowanych tokenów
for j, (pred_idx, tgt_idx) in enumerate(indices):
# Mapowanie: indeks w targetach -> indeks w predykcjach
target_idx_to_pred_idx: Dict[int, int] = {tgt.item(): pred.item()
for pred, tgt in zip(pred_idx, tgt_idx)}
targets_for_this_image: Dict[str,
torch.Tensor] = processed_targets[j]
# Znajdź indeksy obiektów każdego typu w anotacjach
# label 1 = tekst
indices_of_text_boxes_in_annotation: List[int] = [i for i, label in enumerate(
targets_for_this_image["class_labels"]) if label == 1]
# label 0 = postać
indices_of_char_boxes_in_annotation: List[int] = [i for i, label in enumerate(
targets_for_this_image["class_labels"]) if label == 0]
# label 3 = ogon dymku
indices_of_tail_boxes_in_annotation: List[int] = [i for i, label in enumerate(
targets_for_this_image["class_labels"]) if label == 3]
# Zmapowanie indeksów targetów na indeksy predykcji
predicted_text_indices: List[int] = [target_idx_to_pred_idx[i]
for i in indices_of_text_boxes_in_annotation]
predicted_char_indices: List[int] = [target_idx_to_pred_idx[i]
for i in indices_of_char_boxes_in_annotation]
predicted_tail_indices: List[int] = [target_idx_to_pred_idx[i]
for i in indices_of_tail_boxes_in_annotation]
# Wyciągnięcie tokenów odpowiadających dopasowanym obiektom
matched_char_obj_tokens_for_batch.append(
predicted_obj_tokens_for_batch[j][predicted_char_indices])
matched_text_obj_tokens_for_batch.append(
predicted_obj_tokens_for_batch[j][predicted_text_indices])
matched_tail_obj_tokens_for_batch.append(
predicted_obj_tokens_for_batch[j][predicted_tail_indices])
# Dodanie tokenów specjalnych dla tego obrazu
t2c_tokens_for_batch.append(predicted_t2c_tokens_for_batch[j])
c2c_tokens_for_batch.append(predicted_c2c_tokens_for_batch[j])
# Obliczanie macierzy podobieństwa tekst-postać (speaker assignment)
text_character_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_text_character_affinity_matrices(
character_obj_tokens_for_batch=matched_char_obj_tokens_for_batch,
text_obj_tokens_for_this_batch=matched_text_obj_tokens_for_batch,
t2c_tokens_for_batch=t2c_tokens_for_batch,
apply_sigmoid=apply_sigmoid,
)
# Obliczanie macierzy podobieństwa postać-postać (character clustering)
# Używa zarówno tokenów z transformera jak i embeddingów z ViT-MAE
character_character_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_character_character_affinity_matrices(
character_obj_tokens_for_batch=matched_char_obj_tokens_for_batch,
crop_embeddings_for_batch=crop_embeddings_for_batch,
c2c_tokens_for_batch=c2c_tokens_for_batch,
apply_sigmoid=apply_sigmoid,
)
# Obliczanie macierzy podobieństwa postać-postać TYLKO na podstawie embeddingów
# (bez tokenów z transformera, crop_only=True)
character_character_affinity_matrices_crop_only: List[torch.Tensor] = self._get_character_character_affinity_matrices(
character_obj_tokens_for_batch=matched_char_obj_tokens_for_batch,
crop_embeddings_for_batch=crop_embeddings_for_batch,
c2c_tokens_for_batch=c2c_tokens_for_batch,
crop_only=True,
apply_sigmoid=apply_sigmoid,
)
# Obliczanie macierzy podobieństwa tekst-ogon (text-to-tail matching)
text_tail_affinity_matrices: List[torch.Tensor] = self._get_text_tail_affinity_matrices(
text_obj_tokens_for_this_batch=matched_text_obj_tokens_for_batch,
tail_obj_tokens_for_batch=matched_tail_obj_tokens_for_batch,
apply_sigmoid=apply_sigmoid,
)
# Klasyfikacja czy tekst to dialog (vs naracja/efekt dźwiękowy)
is_this_text_a_dialogue: List[torch.Tensor] = self._get_text_classification(
matched_text_obj_tokens_for_batch, apply_sigmoid=apply_sigmoid)
return {
"text_character_affinity_matrices": text_character_affinity_matrices,
"character_character_affinity_matrices": character_character_affinity_matrices,
"character_character_affinity_matrices_crop_only": character_character_affinity_matrices_crop_only,
"text_tail_affinity_matrices": text_tail_affinity_matrices,
"is_this_text_a_dialogue": is_this_text_a_dialogue,
}
def predict_crop_embeddings(
self,
images: List[NDArray[np.uint8]],
crop_bboxes: List[List[List[float]]],
move_to_device_fn: Optional[Callable[[Any], Any]] = None,
mask_ratio: float = 0.0,
batch_size: int = 256
) -> List[torch.Tensor]:
"""
Tworzy embeddingi wektorowe dla wyciętych fragmentów obrazów (crops).
Metoda wykorzystuje model ViT-MAE (Vision Transformer - Masked Autoencoder)
do tworzenia reprezentacji wektorowych dla regionów obrazu określonych przez
bounding boxy. Embeddingi są używane głównie do dopasowywania postaci
(character-character matching).
Args:
images: Lista obrazów źródłowych (numpy arrays w formacie HWC)
crop_bboxes: Lista list bounding boxów dla każdego obrazu.
Format bbox: [x1, y1, x2, y2] (corners format)
move_to_device_fn: Funkcja do przenoszenia danych na urządzenie
mask_ratio: Współczynnik maskowania dla ViT-MAE (0.0 = bez maskowania,
wyższe wartości = więcej zamaskowanych patchów). Domyślnie 0.0
dla inferencji (chcemy pełne embeddingi bez rekonstrukcji)
batch_size: Maksymalna liczba crops przetwarzanych jednocześnie
(kontrola zużycia pamięci GPU)
Returns:
Lista tensorów embeddingów, jeden tensor dla każdego obrazu.
Każdy tensor ma kształt [num_crops, hidden_size].
Jeśli moduł embedowania jest wyłączony, zwraca listę pustych tensorów.
"""
if self.config.disable_crop_embeddings:
return None
assert isinstance(
crop_bboxes, List), "please provide a list of bboxes for each image to get embeddings for"
move_to_device_fn = self.move_to_device if move_to_device_fn is None else move_to_device_fn
# Tymczasowa zmiana mask_ratio z wartości domyślnej na określoną
# (zapisujemy starą wartość do przywrócenia później)
old_mask_ratio: float = self.crop_embedding_model.embeddings.config.mask_ratio
self.crop_embedding_model.embeddings.config.mask_ratio = mask_ratio
# Wycinanie fragmentów obrazów zgodnie z bounding boxami
crops_per_image: List[NDArray[np.uint8]] = []
num_crops_per_batch: List[int] = [
len(bboxes) for bboxes in crop_bboxes]
for image, bboxes, num_crops in zip(images, crop_bboxes, num_crops_per_batch):
crops: List[NDArray[np.uint8]
] = self.processor.crop_image(image, bboxes)
assert len(crops) == num_crops
crops_per_image.extend(crops)
# Jeśli brak crops, zwróć puste tensory odpowiedniego kształtu
if len(crops_per_image) == 0:
return [move_to_device_fn(torch.zeros(0, self.config.crop_embedding_model_config.hidden_size)) for _ in crop_bboxes]
# Preprocessing crops (normalizacja, resize, konwersja na tensor)
crops_per_image_tensor: torch.Tensor = self.processor.preprocess_inputs_for_crop_embeddings(
crops_per_image)
crops_per_image_tensor = move_to_device_fn(crops_per_image_tensor)
# Przetwarzanie crops w batchach aby uniknąć OOM (Out Of Memory)
embeddings: List[torch.Tensor] = []
for i in range(0, len(crops_per_image_tensor), batch_size):
crops: torch.Tensor = crops_per_image_tensor[i:i+batch_size]
# Pobieramy token [CLS] (indeks 0) jako reprezentację całego cropu
embeddings_per_batch: torch.Tensor = self.crop_embedding_model(
crops).last_hidden_state[:, 0]
embeddings.append(embeddings_per_batch)
embeddings_concat: torch.Tensor = torch.cat(embeddings, dim=0)
# Rozdzielenie embeddingów z powrotem na grupy odpowiadające obrazom
crop_embeddings_for_batch: List[torch.Tensor] = []
for num_crops in num_crops_per_batch:
crop_embeddings_for_batch.append(embeddings_concat[:num_crops])
embeddings_concat = embeddings_concat[num_crops:]
# Przywrócenie oryginalnego mask_ratio
self.crop_embedding_model.embeddings.config.mask_ratio = old_mask_ratio
return crop_embeddings_for_batch
def predict_ocr(
self,
images: List[NDArray[np.uint8]],
crop_bboxes: List[List[List[float]]],
move_to_device_fn: Optional[Callable[[Any], Any]] = None,
use_tqdm: bool = False,
batch_size: int = 32,
max_new_tokens: int = 64
) -> List[List[str]]:
"""
Rozpoznaje tekst (OCR) w określonych regionach obrazów.
Metoda wykorzystuje model Vision-Encoder-Decoder (VED) do rozpoznawania
tekstu w wyciętych fragmentach obrazu. Encoder przetwarza obraz tekstu,
a decoder generuje sekwencję tokenów tekstowych autoregresywnie.
Args:
images: Lista obrazów źródłowych (numpy arrays)
crop_bboxes: Lista list bounding boxów dla każdego obrazu,
określających regiony z tekstem do rozpoznania.
Format: [x1, y1, x2, y2]
move_to_device_fn: Funkcja do przenoszenia danych na urządzenie
use_tqdm: Czy wyświetlać pasek postępu podczas przetwarzania
batch_size: Liczba crops przetwarzanych jednocześnie (kontrola pamięci)
max_new_tokens: Maksymalna liczba tokenów do wygenerowania dla każdego
fragmentu tekstu (kontrola długości wyjścia)
Returns:
Lista list stringów, jedna lista dla każdego obrazu.
Każdy string to rozpoznany tekst z odpowiadającego bbox.
Jeśli moduł OCR jest wyłączony, podnosi AssertionError.
"""
assert not self.config.disable_ocr
move_to_device_fn = self.move_to_device if move_to_device_fn is None else move_to_device_fn
# Wycinanie fragmentów obrazów z tekstem
crops_per_image: List[NDArray[np.uint8]] = []
num_crops_per_batch: List[int] = [
len(bboxes) for bboxes in crop_bboxes]
for image, bboxes, num_crops in zip(images, crop_bboxes, num_crops_per_batch):
crops: List[NDArray[np.uint8]
] = self.processor.crop_image(image, bboxes)
assert len(crops) == num_crops
crops_per_image.extend(crops)
# Jeśli brak crops, zwróć puste listy
if len(crops_per_image) == 0:
return [[] for _ in crop_bboxes]
# Preprocessing crops dla OCR (normalizacja, resize, konwersja na tensor)
crops_per_image_tensor: torch.Tensor = self.processor.preprocess_inputs_for_ocr(
crops_per_image)
crops_per_image_tensor = move_to_device_fn(crops_per_image_tensor)
# Przetwarzanie crops w batchach aby uniknąć OOM
all_generated_texts: List[str] = []
if use_tqdm:
from tqdm import tqdm
pbar: Any = tqdm(range(0, len(crops_per_image_tensor), batch_size))
else:
pbar: range = range(0, len(crops_per_image_tensor), batch_size)
for i in pbar:
crops: torch.Tensor = crops_per_image_tensor[i:i+batch_size]
# Generowanie tekstu autoregresywnie (beam search / greedy decoding)
generated_ids: torch.Tensor = self.ocr_model.generate(
crops, max_new_tokens=max_new_tokens)
# Dekodowanie tokenów ID na stringi tekstowe
generated_texts: List[str] = self.processor.postprocess_ocr_tokens(
generated_ids)
all_generated_texts.extend(generated_texts)
# Rozdzielenie wyników OCR z powrotem na grupy odpowiadające obrazom
texts_for_images: List[List[str]] = []
for num_crops in num_crops_per_batch:
# Usunięcie znaków nowej linii z rozpoznanego tekstu
texts_for_images.append([x.replace("\n", "")
for x in all_generated_texts[:num_crops]])
all_generated_texts = all_generated_texts[num_crops:]
return texts_for_images
def visualise_single_image_prediction(
self,
image_as_np_array: NDArray[np.uint8],
predictions: Dict[str, Any],
filename: Optional[str] = None
) -> Any:
"""
Wizualizuje wyniki predykcji na obrazie.
Rysuje bounding boxy dla wykrytych obiektów (panele, postaci, tekst, ogony)
oraz asocjacje między nimi (linie łączące tekst z postacią, tekst z ogonem).
Args:
image_as_np_array: Obraz do wizualizacji (numpy array w formacie HWC)
predictions: Słownik z wynikami predykcji zawierający klucze:
- "panels", "texts", "characters", "tails": bounding boxy
- "text_character_associations": asocjacje tekst-postać
- "text_tail_associations": asocjacje tekst-ogon
filename: Opcjonalna ścieżka do zapisu wizualizacji (jeśli None, tylko wyświetli)
Returns:
Obiekt wizualizacji (zależny od implementacji funkcji pomocniczej)
"""
return visualise_single_image_prediction(image_as_np_array, predictions, filename)
@torch.no_grad()
def _get_detection_transformer_output(
self,
pixel_values: torch.FloatTensor,
pixel_mask: Optional[torch.LongTensor] = None
) -> ConditionalDetrModelOutput:
"""
Przepuszcza obrazy przez transformer detekcji obiektów.
Args:
pixel_values: Tensor z wartościami pikseli obrazów [batch, channels, height, width]
pixel_mask: Opcjonalna maska określająca które piksele są padding
(1 = valid pixel, 0 = padding)
Returns:
Output transformera zawierający:
- last_hidden_state: tokeny dla obiektów i tokenów specjalnych
- reference_points: punkty referencyjne dla predykcji bounding boxów
- intermediate_hidden_states: stany z warstw pośrednich (opcjonalnie)
Raises:
ValueError: Jeśli moduł detekcji jest wyłączony w konfiguracji
"""
if self.config.disable_detections:
raise ValueError(
"Detection model is disabled. Set disable_detections=False in the config.")
return self.detection_transformer(
pixel_values=pixel_values,
pixel_mask=pixel_mask,
return_dict=True
)
def _get_predicted_obj_tokens(
self,
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput
) -> torch.Tensor:
"""
Ekstraktuje tokeny reprezentujące wykryte obiekty z outputu transformera.
Tokeny obiektów to reprezentacje wektorowe dla każdego wykrytego obiektu
(panele, postaci, tekst, ogony). Ostatnie num_non_obj_tokens tokenów
to tokeny specjalne używane do zadań matching (c2c, t2c, etc.).
Args:
detection_transformer_output: Output z transformera detekcji
Returns:
Tensor tokenów obiektów o kształcie [batch, num_objects, hidden_dim]
"""
return detection_transformer_output.last_hidden_state[:, :-self.num_non_obj_tokens]
def _get_predicted_c2c_tokens(
self,
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput
) -> torch.Tensor:
"""
Ekstraktuje token c2c (character-to-character) z outputu transformera.
Token c2c to specjalny token używany do zadania dopasowywania postaci
do siebie (character clustering). Jest to token na pozycji -num_non_obj_tokens.
Args:
detection_transformer_output: Output z transformera detekcji
Returns:
Tensor tokenu c2c o kształcie [batch, hidden_dim]
"""
return detection_transformer_output.last_hidden_state[:, -self.num_non_obj_tokens]
def _get_predicted_t2c_tokens(
self,
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput
) -> torch.Tensor:
"""
Ekstraktuje token t2c (text-to-character) z outputu transformera.
Token t2c to specjalny token używany do zadania dopasowywania tekstu
do postaci (speaker assignment). Jest to token na pozycji -num_non_obj_tokens+1.
Args:
detection_transformer_output: Output z transformera detekcji
Returns:
Tensor tokenu t2c o kształcie [batch, hidden_dim]
"""
return detection_transformer_output.last_hidden_state[:, -self.num_non_obj_tokens+1]
def _get_predicted_bboxes_and_classes(
self,
detection_transformer_output: ConditionalDetrModelOutput,
) -> Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]:
"""
Predykcja klas i bounding boxów dla wykrytych obiektów.
Metoda wykorzystuje tokeny obiektów do:
1. Klasyfikacji każdego obiektu (panel, postać, tekst, ogon)
2. Predykcji bounding boxa w formacie center (cx, cy, w, h)
Bounding boxy są predykcyjne względem punktów referencyjnych (reference points)
z deformable attention, co poprawia dokładność lokalizacji.
Args:
detection_transformer_output: Output z transformera detekcji
Returns:
Krotka (predicted_class_scores, predicted_boxes):
- predicted_class_scores: logity klas [batch, num_objects, num_classes]
- predicted_boxes: boxy w formacie center [batch, num_objects, 4]
Raises:
ValueError: Jeśli moduł detekcji jest wyłączony
"""
if self.config.disable_detections:
raise ValueError(
"Detection model is disabled. Set disable_detections=False in the config.")
# Pobranie tokenów obiektów (bez tokenów specjalnych)
obj: torch.Tensor = self._get_predicted_obj_tokens(
detection_transformer_output)
# Klasyfikacja obiektów (0=postać, 1=tekst, 2=panel, 3=ogon)
predicted_class_scores: torch.Tensor = self.class_labels_classifier(
obj)
# Pobranie punktów referencyjnych (bez punktów dla tokenów specjalnych)
reference: torch.Tensor = detection_transformer_output.reference_points[:-
self.num_non_obj_tokens]
# Konwersja z przestrzeni sigmoid na logity dla dodawania offsetów
reference_before_sigmoid: torch.Tensor = inverse_sigmoid(
reference).transpose(0, 1)
# Predykcja offsetów bounding boxów względem punktów referencyjnych
predicted_boxes: torch.Tensor = self.bbox_predictor(obj)
# Dodanie offsetów do punktów referencyjnych (tylko dla współrzędnych środka cx, cy)
predicted_boxes[..., :2] += reference_before_sigmoid
# Konwersja z logitów na wartości [0, 1] przez sigmoid
predicted_boxes = predicted_boxes.sigmoid()
return predicted_class_scores, predicted_boxes
def _get_text_classification(
self,
text_obj_tokens_for_batch: List[torch.FloatTensor],
apply_sigmoid: bool = False,
) -> List[torch.Tensor]:
"""
Klasyfikuje teksty jako dialog lub nie-dialog (naracja, efekty dźwiękowe).
Używa klasyfikatora binarnego na tokenach tekstowych do określenia
czy dany tekst to dialog postaci czy inny typ tekstu (naracja, onomatopeje).
Args:
text_obj_tokens_for_batch: Lista tensorów tokenów tekstowych,
jeden tensor dla każdego obrazu w batchu
apply_sigmoid: Czy aplikować sigmoid do outputu (konwersja logitów na prawdop.)
Returns:
Lista tensorów klasyfikacji, jeden dla każdego obrazu.
Każdy tensor ma kształt [num_texts] z wartościami logitów lub prawdopodobieństw.
"""
assert not self.config.disable_detections
is_this_text_a_dialogue: List[torch.Tensor] = []
for text_obj_tokens in text_obj_tokens_for_batch:
# Jeśli brak tekstów, zwróć pusty tensor
if text_obj_tokens.shape[0] == 0:
is_this_text_a_dialogue.append(
torch.tensor([], dtype=torch.bool))
continue
# Klasyfikacja każdego tekstu (output: [num_texts, 1] -> squeeze -> [num_texts])
classification: torch.Tensor = self.is_this_text_a_dialogue(
text_obj_tokens).squeeze(-1)
if apply_sigmoid:
classification = classification.sigmoid()
is_this_text_a_dialogue.append(classification)
return is_this_text_a_dialogue
def _get_character_character_affinity_matrices(
self,
character_obj_tokens_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
crop_embeddings_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
c2c_tokens_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
crop_only: bool = False,
apply_sigmoid: bool = True,
) -> List[torch.Tensor]:
"""
Oblicza macierze podobieństwa między parami postaci (character-character affinity).
Macierze określają prawdopodobieństwo, że dwie postaci to ta sama osoba.
Używane do clusteringu postaci w obrębie strony i między stronami.
Metoda działa w dwóch trybach:
1. crop_only=True: podobieństwo oparte tylko na embeddingach wizualnych (cosine similarity)
2. crop_only=False: podobieństwo oparte na tokenach + embeddingach + tokenie c2c
Args:
character_obj_tokens_for_batch: Lista tokenów postaci dla każdego obrazu
crop_embeddings_for_batch: Lista embeddingów wizualnych postaci dla każdego obrazu
c2c_tokens_for_batch: Lista tokenów c2c dla każdego obrazu
crop_only: Czy użyć tylko embeddingów wizualnych (bez tokenów i c2c)
apply_sigmoid: Czy aplikować sigmoid do scorów (konwersja logitów na prawdop.)
Returns:
Lista macierzy podobieństwa, jedna dla każdego obrazu.
Każda macierz ma kształt [num_characters, num_characters] symetryczna.
Wartości w [0,1] jeśli apply_sigmoid=True, logity w przeciwnym razie.
"""
assert self.config.disable_detections or (
character_obj_tokens_for_batch is not None and c2c_tokens_for_batch is not None)
assert self.config.disable_crop_embeddings or crop_embeddings_for_batch is not None
assert not self.config.disable_detections or not self.config.disable_crop_embeddings
# Tryb crop_only: podobieństwo oparte tylko na cosine similarity embeddingów
if crop_only:
affinity_matrices: List[torch.Tensor] = []
for crop_embeddings in crop_embeddings_for_batch:
# Normalizacja embeddingów do jednostkowej długości
crop_embeddings_normalized: torch.Tensor = crop_embeddings / \
crop_embeddings.norm(dim=-1, keepdim=True)
# Cosine similarity: iloczyn skalarny znormalizowanych wektorów
affinity_matrix: torch.Tensor = crop_embeddings_normalized @ crop_embeddings_normalized.T
affinity_matrices.append(affinity_matrix)
return affinity_matrices
# Tryb pełny: podobieństwo z tokenów + embeddingów + tokenu c2c
affinity_matrices: List[torch.Tensor] = []
for batch_index, (character_obj_tokens, c2c) in enumerate(zip(character_obj_tokens_for_batch, c2c_tokens_for_batch)):
# Jeśli brak postaci, zwróć pustą macierz
if character_obj_tokens.shape[0] == 0:
affinity_matrices.append(torch.zeros(
0, 0).type_as(character_obj_tokens))
continue
# Konkatenacja tokenów z embeddingami (jeśli dostępne)
if not self.config.disable_crop_embeddings:
crop_embeddings: torch.Tensor = crop_embeddings_for_batch[batch_index]
assert character_obj_tokens.shape[0] == crop_embeddings.shape[0]
character_obj_tokens = torch.cat(
[character_obj_tokens, crop_embeddings], dim=-1)
# Tworzenie par (i, j) wszystkich postaci dla obliczenia podobieństwa
# char_i: każda postać i powtórzona num_characters razy
char_i: torch.Tensor = repeat(character_obj_tokens, "i d -> i repeat d",
repeat=character_obj_tokens.shape[0])
# char_j: wszystkie postaci j powtórzone dla każdej postaci i
char_j: torch.Tensor = repeat(character_obj_tokens, "j d -> repeat j d",
repeat=character_obj_tokens.shape[0])
# Konkatenacja par: [char_i, char_j] -> [num_pairs, 2*hidden_dim]
char_ij: torch.Tensor = rearrange(
[char_i, char_j], "two i j d -> (i j) (two d)")
# Dodanie tokenu c2c do każdej pary (kontekst globalny dla matching)
c2c_repeated: torch.Tensor = repeat(
c2c, "d -> repeat d", repeat=char_ij.shape[0])
char_ij_c2c: torch.Tensor = torch.cat(
[char_ij, c2c_repeated], dim=-1)
# Predykcja scorów podobieństwa przez MLP head
character_character_affinities: torch.Tensor = self.character_character_matching_head(
char_ij_c2c)
# Reshape z [num_pairs, 1] na macierz [num_characters, num_characters]
character_character_affinities = rearrange(
character_character_affinities, "(i j) 1 -> i j", i=char_i.shape[0])
# Wymuszenie symetryczności macierzy (score(i,j) = score(j,i))
character_character_affinities = (
character_character_affinities + character_character_affinities.T) / 2
if apply_sigmoid:
character_character_affinities = character_character_affinities.sigmoid()
affinity_matrices.append(character_character_affinities)
return affinity_matrices
def _get_text_character_affinity_matrices(
self,
character_obj_tokens_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
text_obj_tokens_for_this_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
t2c_tokens_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
apply_sigmoid: bool = True,
) -> List[torch.Tensor]:
"""
Oblicza macierze podobieństwa między tekstami a postaciami (speaker assignment).
Dla każdej pary (tekst, postać) oblicza prawdopodobieństwo, że dany tekst
jest wypowiadany przez daną postać. Używane do przypisywania dialogów do mówiących.
Args:
character_obj_tokens_for_batch: Lista tokenów postaci dla każdego obrazu
text_obj_tokens_for_this_batch: Lista tokenów tekstów dla każdego obrazu
t2c_tokens_for_batch: Lista tokenów t2c dla każdego obrazu
apply_sigmoid: Czy aplikować sigmoid do scorów (konwersja logitów na prawdop.)
Returns:
Lista macierzy podobieństwa, jedna dla każdego obrazu.
Każda macierz ma kształt [num_texts, num_characters].
Wartość macierzy[i][j] = prawdopodobieństwo, że tekst i należy do postaci j.
"""
assert not self.config.disable_detections
assert character_obj_tokens_for_batch is not None and text_obj_tokens_for_this_batch is not None and t2c_tokens_for_batch is not None
affinity_matrices: List[torch.Tensor] = []
for character_obj_tokens, text_obj_tokens, t2c in zip(character_obj_tokens_for_batch, text_obj_tokens_for_this_batch, t2c_tokens_for_batch):
# Jeśli brak tekstów lub postaci, zwróć pustą macierz
if character_obj_tokens.shape[0] == 0 or text_obj_tokens.shape[0] == 0:
affinity_matrices.append(torch.zeros(
text_obj_tokens.shape[0], character_obj_tokens.shape[0]).type_as(character_obj_tokens))
continue
# Tworzenie par (text_i, character_j) dla wszystkich kombinacji
# text_i: każdy tekst i powtórzony num_characters razy
text_i: torch.Tensor = repeat(text_obj_tokens, "i d -> i repeat d",
repeat=character_obj_tokens.shape[0])
# char_j: wszystkie postaci j powtórzone dla każdego tekstu i
char_j: torch.Tensor = repeat(character_obj_tokens, "j d -> repeat j d",
repeat=text_obj_tokens.shape[0])
# Konkatenacja par: [text_i, char_j] -> [num_pairs, 2*hidden_dim]
text_char: torch.Tensor = rearrange(
[text_i, char_j], "two i j d -> (i j) (two d)")
# Dodanie tokenu t2c do każdej pary (kontekst globalny dla text-character matching)
t2c_repeated: torch.Tensor = repeat(
t2c, "d -> repeat d", repeat=text_char.shape[0])
text_char_t2c: torch.Tensor = torch.cat(
[text_char, t2c_repeated], dim=-1)
# Predykcja scorów podobieństwa przez MLP head
text_character_affinities: torch.Tensor = self.text_character_matching_head(
text_char_t2c)
# Reshape z [num_pairs, 1] na macierz [num_texts, num_characters]
text_character_affinities = rearrange(
text_character_affinities, "(i j) 1 -> i j", i=text_i.shape[0])
if apply_sigmoid:
text_character_affinities = text_character_affinities.sigmoid()
affinity_matrices.append(text_character_affinities)
return affinity_matrices
def _get_text_tail_affinity_matrices(
self,
text_obj_tokens_for_this_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
tail_obj_tokens_for_batch: Optional[List[torch.FloatTensor]] = None,
apply_sigmoid: bool = True,
) -> List[torch.Tensor]:
"""
Oblicza macierze podobieństwa między tekstami a ogonami dymków.
Dla każdej pary (tekst, ogon) oblicza prawdopodobieństwo, że dany tekst
należy do danego ogona dymku. Używane do łączenia tekstów z dymkami dialogowymi.
Args:
text_obj_tokens_for_this_batch: Lista tokenów tekstów dla każdego obrazu
tail_obj_tokens_for_batch: Lista tokenów ogonów dla każdego obrazu
apply_sigmoid: Czy aplikować sigmoid do scorów (konwersja logitów na prawdop.)
Returns:
Lista macierzy podobieństwa, jedna dla każdego obrazu.
Każda macierz ma kształt [num_texts, num_tails].
Wartość macierzy[i][j] = prawdopodobieństwo, że tekst i należy do ogona j.
"""
assert not self.config.disable_detections
assert tail_obj_tokens_for_batch is not None and text_obj_tokens_for_this_batch is not None
affinity_matrices: List[torch.Tensor] = []
for tail_obj_tokens, text_obj_tokens in zip(tail_obj_tokens_for_batch, text_obj_tokens_for_this_batch):
# Jeśli brak tekstów lub ogonów, zwróć pustą macierz
if tail_obj_tokens.shape[0] == 0 or text_obj_tokens.shape[0] == 0:
affinity_matrices.append(torch.zeros(
text_obj_tokens.shape[0], tail_obj_tokens.shape[0]).type_as(tail_obj_tokens))
continue
# Tworzenie par (text_i, tail_j) dla wszystkich kombinacji
# text_i: każdy tekst i powtórzony num_tails razy
text_i: torch.Tensor = repeat(text_obj_tokens, "i d -> i repeat d",
repeat=tail_obj_tokens.shape[0])
# tail_j: wszystkie ogony j powtórzone dla każdego tekstu i
tail_j: torch.Tensor = repeat(tail_obj_tokens, "j d -> repeat j d",
repeat=text_obj_tokens.shape[0])
# Konkatenacja par: [text_i, tail_j] -> [num_pairs, 2*hidden_dim]
text_tail: torch.Tensor = rearrange(
[text_i, tail_j], "two i j d -> (i j) (two d)")
# Predykcja scorów podobieństwa przez MLP head (bez dodatkowego tokenu kontekstu)
text_tail_affinities: torch.Tensor = self.text_tail_matching_head(
text_tail)
# Reshape z [num_pairs, 1] na macierz [num_texts, num_tails]
text_tail_affinities = rearrange(
text_tail_affinities, "(i j) 1 -> i j", i=text_i.shape[0])
if apply_sigmoid:
text_tail_affinities = text_tail_affinities.sigmoid()
affinity_matrices.append(text_tail_affinities)
return affinity_matrices
# ============================================================================
# FUNKCJE POMOCNICZE (skopiowane z transformers.models.detr)
# ============================================================================
# Copied from transformers.models.detr.modeling_detr._upcast
def _upcast(t: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
"""
Konwertuje tensor na typ o wyższej precyzji aby uniknąć overflow podczas mnożeń.
Args:
t: Tensor do konwersji
Returns:
Tensor skonwertowany na float32/float64 (dla float) lub int32/int64 (dla int)
"""
# Chroni przed overflow numerycznym przez upcasting do równoważnego typu wyższej precyzji
if t.is_floating_point():
return t if t.dtype in (torch.float32, torch.float64) else t.float()
else:
return t if t.dtype in (torch.int32, torch.int64) else t.int()
# Copied from transformers.models.detr.modeling_detr.box_area
def box_area(boxes: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
"""
Oblicza pole powierzchni dla zestawu bounding boxów w formacie (x1, y1, x2, y2).
Args:
boxes: Tensor z bounding boxami o kształcie [num_boxes, 4].
Oczekiwany format: (x1, y1, x2, y2) gdzie 0 <= x1 < x2 i 0 <= y1 < y2.
Returns:
Tensor zawierający pole powierzchni dla każdego boxa [num_boxes]
"""
boxes = _upcast(boxes)
return (boxes[:, 2] - boxes[:, 0]) * (boxes[:, 3] - boxes[:, 1])
# Copied from transformers.models.detr.modeling_detr.box_iou
def box_iou(boxes1: torch.Tensor, boxes2: torch.Tensor) -> Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]:
"""
Oblicza IoU (Intersection over Union) między dwoma zestawami bounding boxów.
Args:
boxes1: Pierwszy zestaw boxów [N, 4] w formacie (x1, y1, x2, y2)
boxes2: Drugi zestaw boxów [M, 4] w formacie (x1, y1, x2, y2)
Returns:
Krotka (iou, union):
- iou: Macierz IoU [N, M] gdzie iou[i][j] = IoU między boxes1[i] a boxes2[j]
- union: Macierz pól unii [N, M]
"""
area1: torch.Tensor = box_area(boxes1)
area2: torch.Tensor = box_area(boxes2)
# Obliczenie współrzędnych przecięcia (intersection)
left_top: torch.Tensor = torch.max(
boxes1[:, None, :2], boxes2[:, :2]) # [N,M,2]
right_bottom: torch.Tensor = torch.min(
boxes1[:, None, 2:], boxes2[:, 2:]) # [N,M,2]
# Szerokość i wysokość przecięcia (clamp min=0 dla braku przecięcia)
width_height: torch.Tensor = (
right_bottom - left_top).clamp(min=0) # [N,M,2]
inter: torch.Tensor = width_height[:, :,
0] * width_height[:, :, 1] # [N,M]
# Union = pole1 + pole2 - przecięcie
union: torch.Tensor = area1[:, None] + area2 - inter
# IoU = przecięcie / unia
iou: torch.Tensor = inter / union
return iou, union
# Copied from transformers.models.detr.modeling_detr.generalized_box_iou
def generalized_box_iou(boxes1: torch.Tensor, boxes2: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
"""
Oblicza Generalized IoU (GIoU) między dwoma zestawami bounding boxów.
GIoU rozszerza klasyczne IoU przez uwzględnienie najmniejszego obejmującego
prostokąta (smallest enclosing box). GIoU ∈ [-1, 1], gdzie wyższe wartości
oznaczają lepsze dopasowanie. W przeciwieństwie do IoU, GIoU może być ujemne
gdy boxy się nie przecinają.
Więcej: https://giou.stanford.edu/
Args:
boxes1: Pierwszy zestaw boxów [N, 4] w formacie corners (x0, y0, x1, y1)
boxes2: Drugi zestaw boxów [M, 4] w formacie corners (x0, y0, x1, y1)
Returns:
Macierz GIoU [N, M] gdzie giou[i][j] = GIoU między boxes1[i] a boxes2[j]
Raises:
ValueError: Jeśli boxy nie są w poprawnym formacie (x0 < x1, y0 < y1)
"""
# Walidacja formatu boksów (zdegenerowane boksy dają inf/nan)
if not (boxes1[:, 2:] >= boxes1[:, :2]).all():
raise ValueError(
f"boxes1 must be in [x0, y0, x1, y1] (corner) format, but got {boxes1}")
if not (boxes2[:, 2:] >= boxes2[:, :2]).all():
raise ValueError(
f"boxes2 must be in [x0, y0, x1, y1] (corner) format, but got {boxes2}")
# Obliczenie standardowego IoU i unii
iou: torch.Tensor
union: torch.Tensor
iou, union = box_iou(boxes1, boxes2)
# Obliczenie najmniejszego obejmującego prostokąta (enclosing box)
top_left: torch.Tensor = torch.min(boxes1[:, None, :2], boxes2[:, :2])
bottom_right: torch.Tensor = torch.max(boxes1[:, None, 2:], boxes2[:, 2:])
# Pole najmniejszego obejmującego prostokąta
width_height: torch.Tensor = (
bottom_right - top_left).clamp(min=0) # [N,M,2]
area: torch.Tensor = width_height[:, :, 0] * width_height[:, :, 1]
# GIoU = IoU - (pole_obejmujące - unia) / pole_obejmujące
return iou - (area - union) / area
# Copied from transformers.models.deformable_detr.modeling_deformable_detr.DeformableDetrHungarianMatcher with DeformableDetr->ConditionalDetr
class ConditionalDetrHungarianMatcher(nn.Module):
"""
Hungarian Matcher - przypisanie predykcji do targetów metodą węgierską.
Klasa oblicza optymalne dopasowanie 1-do-1 między predykcjami modelu a ground truth
targets używając algorytmu węgierskiego (Hungarian algorithm). Jest używana podczas
treningu do określenia, która predykcja odpowiada któremu obiektowi ground truth.
Ze względów wydajnościowych, targets nie zawierają klasy "no_object". W efekcie
zazwyczaj jest więcej predykcji niż targetów. W takim przypadku wykonujemy dopasowanie
1-do-1 dla najlepszych predykcji, a pozostałe są niedopasowane (traktowane jako non-objects).
Koszt dopasowania (matching cost) składa się z trzech komponentów:
1. class_cost: koszt błędu klasyfikacji (focal loss)
2. bbox_cost: koszt błędu L1 współrzędnych bounding boxa
3. giou_cost: koszt negatywnego GIoU między bounding boxami
Attributes:
class_cost: Względna waga błędu klasyfikacji w koszcie dopasowania
bbox_cost: Względna waga błędu L1 współrzędnych bbox w koszcie dopasowania
giou_cost: Względna waga GIoU loss bbox w koszcie dopasowania
"""
def __init__(self, class_cost: float = 1, bbox_cost: float = 1, giou_cost: float = 1) -> None:
"""
Inicjalizuje Hungarian Matcher z wagami kosztów.
Args:
class_cost: Waga kosztu klasyfikacji (domyślnie 1.0)
bbox_cost: Waga kosztu L1 bbox (domyślnie 1.0)
giou_cost: Waga kosztu GIoU (domyślnie 1.0)
Raises:
ValueError: Jeśli wszystkie koszty są zerowe (brak funkcji kosztu)
"""
super().__init__()
self.class_cost: float = class_cost
self.bbox_cost: float = bbox_cost
self.giou_cost: float = giou_cost
if class_cost == 0 and bbox_cost == 0 and giou_cost == 0:
raise ValueError("All costs of the Matcher can't be 0")
@torch.no_grad()
def forward(self, outputs: Dict[str, torch.Tensor], targets: List[Dict[str, torch.Tensor]]) -> List[Tuple[torch.Tensor, torch.Tensor]]:
"""
Wykonuje dopasowanie węgierskie między predykcjami a ground truth targets.
Oblicza macierz kosztów dla wszystkich par (predykcja, target) składającą się z:
1. Focal loss dla klasyfikacji (alpha=0.25, gamma=2.0)
2. L1 distance między współrzędnymi bbox (format center)
3. Negatywny GIoU między bbox (format corners)
Następnie używa algorytmu węgierskiego (linear_sum_assignment) do znalezienia
optymalnego dopasowania 1-do-1 minimalizującego całkowity koszt dla każdego
przykładu w batchu.
Args:
outputs: Słownik zawierający predykcje modelu:
- "logits": torch.Tensor [batch_size, num_queries, num_classes]
Logity klasyfikacji dla wszystkich queries
- "pred_boxes": torch.Tensor [batch_size, num_queries, 4]
Predykcje bounding boxów w formacie center (cx, cy, w, h)
targets: Lista słowników (len=batch_size), każdy target zawiera:
- "class_labels": torch.Tensor [num_target_boxes]
Ground truth etykiety klas dla obiektów w obrazie
- "boxes": torch.Tensor [num_target_boxes, 4]
Ground truth bounding boxy w formacie center
Returns:
Lista krotek (len=batch_size), każda krotka to (index_i, index_j):
- index_i: torch.Tensor [min(num_queries, num_target_boxes)]
Indeksy wybranych predykcji (w kolejności)
- index_j: torch.Tensor [min(num_queries, num_target_boxes)]
Indeksy odpowiadających im targetów (w kolejności)
Dla każdego elementu batcha: len(index_i) = len(index_j) = min(num_queries, num_target_boxes)
Note:
Metoda oznaczona @torch.no_grad() - nie obliczamy gradientów dla matchingu
(dopasowanie służy tylko do określenia, które predykcje trenować względem
których targetów, nie uczestniczy w backpropagation).
"""
batch_size, num_queries = outputs["logits"].shape[:2]
# Spłaszczamy tensory aby obliczyć macierze kosztów w batch
# Kształt: [batch_size * num_queries, num_classes]
out_prob: torch.Tensor = outputs["logits"].flatten(0, 1).sigmoid()
# Kształt: [batch_size * num_queries, 4]
out_bbox: torch.Tensor = outputs["pred_boxes"].flatten(0, 1)
# Konkatenujemy również etykiety i boxy targetów ze wszystkich przykładów w batchu
target_ids: torch.Tensor = torch.cat(
[v["class_labels"] for v in targets])
target_bbox: torch.Tensor = torch.cat([v["boxes"] for v in targets])
# Obliczamy koszt klasyfikacji używając focal loss
# Focal loss daje większą wagę trudnym przykładom (alpha=0.25, gamma=2.0)
alpha: float = 0.25
gamma: float = 2.0
# Koszt dla negatywnej klasy (predykcja tła gdy target to obiekt)
neg_cost_class: torch.Tensor = (1 - alpha) * (out_prob**gamma) * \
(-(1 - out_prob + 1e-8).log())
# Koszt dla pozytywnej klasy (predykcja obiektu gdy target to obiekt)
pos_cost_class: torch.Tensor = alpha * \
((1 - out_prob) ** gamma) * (-(out_prob + 1e-8).log())
# Finalna macierz kosztów klasyfikacji: różnica między kosztem pos i neg
# Kształt: [batch_size * num_queries, num_total_targets]
class_cost: torch.Tensor = pos_cost_class[:, target_ids] - \
neg_cost_class[:, target_ids]
# Obliczamy koszt L1 między bounding boxami
# cdist oblicza parwise distance z normą L1 (Manhattan distance)
# Kształt: [batch_size * num_queries, num_total_targets]
bbox_cost: torch.Tensor = torch.cdist(out_bbox, target_bbox, p=1)
# Obliczamy koszt GIoU między bounding boxami
# Najpierw konwertujemy z formatu center (cx, cy, w, h) do corners (x1, y1, x2, y2)
# GIoU jest negowany bo chcemy minimalizować koszt (wyższy GIoU = lepsze dopasowanie)
# Kształt: [batch_size * num_queries, num_total_targets]
giou_cost: torch.Tensor = -generalized_box_iou(center_to_corners_format(
out_bbox), center_to_corners_format(target_bbox))
# Finalna macierz kosztów - ważona suma trzech komponentów
# Kształt: [batch_size * num_queries, num_total_targets]
cost_matrix: torch.Tensor = self.bbox_cost * bbox_cost + \
self.class_cost * class_cost + self.giou_cost * giou_cost
# Przekształcamy z powrotem do kształtu [batch_size, num_queries, num_total_targets]
# i przenosimy do CPU (linear_sum_assignment wymaga CPU)
cost_matrix = cost_matrix.view(batch_size, num_queries, -1).cpu()
# Rozdzielamy macierz kosztów dla każdego przykładu w batchu
# sizes zawiera liczbę targetów dla każdego przykładu
sizes: List[int] = [len(v["boxes"]) for v in targets]
# Dla każdego przykładu wykonujemy algorytm węgierski (linear_sum_assignment)
# który znajduje optymalne dopasowanie minimalizujące całkowity koszt
indices: List[Tuple[NDArray, NDArray]] = [linear_sum_assignment(c[i]) for i, c in enumerate(
cost_matrix.split(sizes, -1))]
# Konwertujemy numpy arrays na torch tensors i zwracamy listę krotek (pred_idx, target_idx)
return [(torch.as_tensor(i, dtype=torch.int64), torch.as_tensor(j, dtype=torch.int64)) for i, j in indices]