127b761d98d22f31f241a24fd09b132d59a47cb2
[platform/upstream/opencv.git] / modules / dnn / include / opencv2 / dnn / dnn.hpp
1 /*M///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 //  IMPORTANT: READ BEFORE DOWNLOADING, COPYING, INSTALLING OR USING.
4 //
5 //  By downloading, copying, installing or using the software you agree to this license.
6 //  If you do not agree to this license, do not download, install,
7 //  copy or use the software.
8 //
9 //
10 //                           License Agreement
11 //                For Open Source Computer Vision Library
12 //
13 // Copyright (C) 2013, OpenCV Foundation, all rights reserved.
14 // Third party copyrights are property of their respective owners.
15 //
16 // Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
17 // are permitted provided that the following conditions are met:
18 //
19 //   * Redistribution's of source code must retain the above copyright notice,
20 //     this list of conditions and the following disclaimer.
21 //
22 //   * Redistribution's in binary form must reproduce the above copyright notice,
23 //     this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
24 //     and/or other materials provided with the distribution.
25 //
26 //   * The name of the copyright holders may not be used to endorse or promote products
27 //     derived from this software without specific prior written permission.
28 //
29 // This software is provided by the copyright holders and contributors "as is" and
30 // any express or implied warranties, including, but not limited to, the implied
31 // warranties of merchantability and fitness for a particular purpose are disclaimed.
32 // In no event shall the Intel Corporation or contributors be liable for any direct,
33 // indirect, incidental, special, exemplary, or consequential damages
34 // (including, but not limited to, procurement of substitute goods or services;
35 // loss of use, data, or profits; or business interruption) however caused
36 // and on any theory of liability, whether in contract, strict liability,
37 // or tort (including negligence or otherwise) arising in any way out of
38 // the use of this software, even if advised of the possibility of such damage.
39 //
40 //M*/
41
42 #ifndef OPENCV_DNN_DNN_HPP
43 #define OPENCV_DNN_DNN_HPP
44
45 #include <vector>
46 #include <opencv2/core.hpp>
47
48 #include "../dnn/version.hpp"
49
50 #include <opencv2/dnn/dict.hpp>
51
52 namespace cv {
53 namespace dnn {
54 CV__DNN_INLINE_NS_BEGIN
55 //! @addtogroup dnn
56 //! @{
57
58     typedef std::vector<int> MatShape;
59
60     /**
61      * @brief Enum of computation backends supported by layers.
62      * @see Net::setPreferableBackend
63      */
64     enum Backend
65     {
66         //! DNN_BACKEND_DEFAULT equals to DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE if
67         //! OpenCV is built with Intel's Inference Engine library or
68         //! DNN_BACKEND_OPENCV otherwise.
69         DNN_BACKEND_DEFAULT,
70         DNN_BACKEND_HALIDE,
71         DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE,
72         DNN_BACKEND_OPENCV,
73         DNN_BACKEND_VKCOM
74     };
75
76     /**
77      * @brief Enum of target devices for computations.
78      * @see Net::setPreferableTarget
79      */
80     enum Target
81     {
82         DNN_TARGET_CPU,
83         DNN_TARGET_OPENCL,
84         DNN_TARGET_OPENCL_FP16,
85         DNN_TARGET_MYRIAD,
86         DNN_TARGET_VULKAN,
87         //! FPGA device with CPU fallbacks using Inference Engine's Heterogeneous plugin.
88         DNN_TARGET_FPGA
89     };
90
91     CV_EXPORTS std::vector< std::pair<Backend, Target> > getAvailableBackends();
92     CV_EXPORTS std::vector<Target> getAvailableTargets(Backend be);
93
94     /** @brief This class provides all data needed to initialize layer.
95      *
96      * It includes dictionary with scalar params (which can be read by using Dict interface),
97      * blob params #blobs and optional meta information: #name and #type of layer instance.
98     */
99     class CV_EXPORTS LayerParams : public Dict
100     {
101     public:
102         //TODO: Add ability to name blob params
103         std::vector<Mat> blobs; //!< List of learned parameters stored as blobs.
104
105         String name; //!< Name of the layer instance (optional, can be used internal purposes).
106         String type; //!< Type name which was used for creating layer by layer factory (optional).
107     };
108
109    /**
110     * @brief Derivatives of this class encapsulates functions of certain backends.
111     */
112     class BackendNode
113     {
114     public:
115         BackendNode(int backendId);
116
117         virtual ~BackendNode(); //!< Virtual destructor to make polymorphism.
118
119         int backendId; //!< Backend identifier.
120     };
121
122     /**
123      * @brief Derivatives of this class wraps cv::Mat for different backends and targets.
124      */
125     class BackendWrapper
126     {
127     public:
128         BackendWrapper(int backendId, int targetId);
129
130         /**
131          * @brief Wrap cv::Mat for specific backend and target.
132          * @param[in] targetId Target identifier.
133          * @param[in] m cv::Mat for wrapping.
134          *
135          * Make CPU->GPU data transfer if it's require for the target.
136          */
137         BackendWrapper(int targetId, const cv::Mat& m);
138
139         /**
140          * @brief Make wrapper for reused cv::Mat.
141          * @param[in] base Wrapper of cv::Mat that will be reused.
142          * @param[in] shape Specific shape.
143          *
144          * Initialize wrapper from another one. It'll wrap the same host CPU
145          * memory and mustn't allocate memory on device(i.e. GPU). It might
146          * has different shape. Use in case of CPU memory reusing for reuse
147          * associated memory on device too.
148          */
149         BackendWrapper(const Ptr<BackendWrapper>& base, const MatShape& shape);
150
151         virtual ~BackendWrapper(); //!< Virtual destructor to make polymorphism.
152
153         /**
154          * @brief Transfer data to CPU host memory.
155          */
156         virtual void copyToHost() = 0;
157
158         /**
159          * @brief Indicate that an actual data is on CPU.
160          */
161         virtual void setHostDirty() = 0;
162
163         int backendId;  //!< Backend identifier.
164         int targetId;   //!< Target identifier.
165     };
166
167     class CV_EXPORTS ActivationLayer;
168
169     /** @brief This interface class allows to build new Layers - are building blocks of networks.
170      *
171      * Each class, derived from Layer, must implement allocate() methods to declare own outputs and forward() to compute outputs.
172      * Also before using the new layer into networks you must register your layer by using one of @ref dnnLayerFactory "LayerFactory" macros.
173      */
174     class CV_EXPORTS_W Layer : public Algorithm
175     {
176     public:
177
178         //! List of learned parameters must be stored here to allow read them by using Net::getParam().
179         CV_PROP_RW std::vector<Mat> blobs;
180
181         /** @brief Computes and sets internal parameters according to inputs, outputs and blobs.
182          *  @deprecated Use Layer::finalize(InputArrayOfArrays, OutputArrayOfArrays) instead
183          *  @param[in]  input  vector of already allocated input blobs
184          *  @param[out] output vector of already allocated output blobs
185          *
186          * If this method is called after network has allocated all memory for input and output blobs
187          * and before inferencing.
188          */
189         CV_DEPRECATED_EXTERNAL
190         virtual void finalize(const std::vector<Mat*> &input, std::vector<Mat> &output);
191
192         /** @brief Computes and sets internal parameters according to inputs, outputs and blobs.
193          *  @param[in]  inputs  vector of already allocated input blobs
194          *  @param[out] outputs vector of already allocated output blobs
195          *
196          * If this method is called after network has allocated all memory for input and output blobs
197          * and before inferencing.
198          */
199         CV_WRAP virtual void finalize(InputArrayOfArrays inputs, OutputArrayOfArrays outputs);
200
201         /** @brief Given the @p input blobs, computes the output @p blobs.
202          *  @deprecated Use Layer::forward(InputArrayOfArrays, OutputArrayOfArrays, OutputArrayOfArrays) instead
203          *  @param[in]  input  the input blobs.
204          *  @param[out] output allocated output blobs, which will store results of the computation.
205          *  @param[out] internals allocated internal blobs
206          */
207         CV_DEPRECATED_EXTERNAL
208         virtual void forward(std::vector<Mat*> &input, std::vector<Mat> &output, std::vector<Mat> &internals);
209
210         /** @brief Given the @p input blobs, computes the output @p blobs.
211          *  @param[in]  inputs  the input blobs.
212          *  @param[out] outputs allocated output blobs, which will store results of the computation.
213          *  @param[out] internals allocated internal blobs
214          */
215         virtual void forward(InputArrayOfArrays inputs, OutputArrayOfArrays outputs, OutputArrayOfArrays internals);
216
217         /** @brief Given the @p input blobs, computes the output @p blobs.
218          *  @param[in]  inputs  the input blobs.
219          *  @param[out] outputs allocated output blobs, which will store results of the computation.
220          *  @param[out] internals allocated internal blobs
221          */
222         void forward_fallback(InputArrayOfArrays inputs, OutputArrayOfArrays outputs, OutputArrayOfArrays internals);
223
224         /** @brief
225          * @overload
226          * @deprecated Use Layer::finalize(InputArrayOfArrays, OutputArrayOfArrays) instead
227          */
228         CV_DEPRECATED_EXTERNAL
229         void finalize(const std::vector<Mat> &inputs, CV_OUT std::vector<Mat> &outputs);
230
231         /** @brief
232          * @overload
233          * @deprecated Use Layer::finalize(InputArrayOfArrays, OutputArrayOfArrays) instead
234          */
235         CV_DEPRECATED std::vector<Mat> finalize(const std::vector<Mat> &inputs);
236
237         /** @brief Allocates layer and computes output.
238          *  @deprecated This method will be removed in the future release.
239          */
240         CV_DEPRECATED CV_WRAP void run(const std::vector<Mat> &inputs, CV_OUT std::vector<Mat> &outputs,
241                                        CV_IN_OUT std::vector<Mat> &internals);
242
243         /** @brief Returns index of input blob into the input array.
244          *  @param inputName label of input blob
245          *
246          * Each layer input and output can be labeled to easily identify them using "%<layer_name%>[.output_name]" notation.
247          * This method maps label of input blob to its index into input vector.
248          */
249         virtual int inputNameToIndex(String inputName);
250         /** @brief Returns index of output blob in output array.
251          *  @see inputNameToIndex()
252          */
253         CV_WRAP virtual int outputNameToIndex(const String& outputName);
254
255         /**
256          * @brief Ask layer if it support specific backend for doing computations.
257          * @param[in] backendId computation backend identifier.
258          * @see Backend
259          */
260         virtual bool supportBackend(int backendId);
261
262         /**
263          * @brief Returns Halide backend node.
264          * @param[in] inputs Input Halide buffers.
265          * @see BackendNode, BackendWrapper
266          *
267          * Input buffers should be exactly the same that will be used in forward invocations.
268          * Despite we can use Halide::ImageParam based on input shape only,
269          * it helps prevent some memory management issues (if something wrong,
270          * Halide tests will be failed).
271          */
272         virtual Ptr<BackendNode> initHalide(const std::vector<Ptr<BackendWrapper> > &inputs);
273
274         virtual Ptr<BackendNode> initInfEngine(const std::vector<Ptr<BackendWrapper> > &inputs);
275
276         virtual Ptr<BackendNode> initVkCom(const std::vector<Ptr<BackendWrapper> > &inputs);
277        /**
278         * @brief Automatic Halide scheduling based on layer hyper-parameters.
279         * @param[in] node Backend node with Halide functions.
280         * @param[in] inputs Blobs that will be used in forward invocations.
281         * @param[in] outputs Blobs that will be used in forward invocations.
282         * @param[in] targetId Target identifier
283         * @see BackendNode, Target
284         *
285         * Layer don't use own Halide::Func members because we can have applied
286         * layers fusing. In this way the fused function should be scheduled.
287         */
288         virtual void applyHalideScheduler(Ptr<BackendNode>& node,
289                                           const std::vector<Mat*> &inputs,
290                                           const std::vector<Mat> &outputs,
291                                           int targetId) const;
292
293         /**
294          * @brief Implement layers fusing.
295          * @param[in] node Backend node of bottom layer.
296          * @see BackendNode
297          *
298          * Actual for graph-based backends. If layer attached successfully,
299          * returns non-empty cv::Ptr to node of the same backend.
300          * Fuse only over the last function.
301          */
302         virtual Ptr<BackendNode> tryAttach(const Ptr<BackendNode>& node);
303
304         /**
305          * @brief Tries to attach to the layer the subsequent activation layer, i.e. do the layer fusion in a partial case.
306          * @param[in] layer The subsequent activation layer.
307          *
308          * Returns true if the activation layer has been attached successfully.
309          */
310         virtual bool setActivation(const Ptr<ActivationLayer>& layer);
311
312         /**
313          * @brief Try to fuse current layer with a next one
314          * @param[in] top Next layer to be fused.
315          * @returns True if fusion was performed.
316          */
317         virtual bool tryFuse(Ptr<Layer>& top);
318
319         /**
320          * @brief Returns parameters of layers with channel-wise multiplication and addition.
321          * @param[out] scale Channel-wise multipliers. Total number of values should
322          *                   be equal to number of channels.
323          * @param[out] shift Channel-wise offsets. Total number of values should
324          *                   be equal to number of channels.
325          *
326          * Some layers can fuse their transformations with further layers.
327          * In example, convolution + batch normalization. This way base layer
328          * use weights from layer after it. Fused layer is skipped.
329          * By default, @p scale and @p shift are empty that means layer has no
330          * element-wise multiplications or additions.
331          */
332         virtual void getScaleShift(Mat& scale, Mat& shift) const;
333
334         /**
335          * @brief "Deattaches" all the layers, attached to particular layer.
336          */
337         virtual void unsetAttached();
338
339         virtual bool getMemoryShapes(const std::vector<MatShape> &inputs,
340                                      const int requiredOutputs,
341                                      std::vector<MatShape> &outputs,
342                                      std::vector<MatShape> &internals) const;
343         virtual int64 getFLOPS(const std::vector<MatShape> &inputs,
344                                const std::vector<MatShape> &outputs) const {CV_UNUSED(inputs); CV_UNUSED(outputs); return 0;}
345
346         CV_PROP String name; //!< Name of the layer instance, can be used for logging or other internal purposes.
347         CV_PROP String type; //!< Type name which was used for creating layer by layer factory.
348         CV_PROP int preferableTarget; //!< prefer target for layer forwarding
349
350         Layer();
351         explicit Layer(const LayerParams &params);      //!< Initializes only #name, #type and #blobs fields.
352         void setParamsFrom(const LayerParams &params);  //!< Initializes only #name, #type and #blobs fields.
353         virtual ~Layer();
354     };
355
356     /** @brief This class allows to create and manipulate comprehensive artificial neural networks.
357      *
358      * Neural network is presented as directed acyclic graph (DAG), where vertices are Layer instances,
359      * and edges specify relationships between layers inputs and outputs.
360      *
361      * Each network layer has unique integer id and unique string name inside its network.
362      * LayerId can store either layer name or layer id.
363      *
364      * This class supports reference counting of its instances, i. e. copies point to the same instance.
365      */
366     class CV_EXPORTS_W_SIMPLE Net
367     {
368     public:
369
370         CV_WRAP Net();  //!< Default constructor.
371         CV_WRAP ~Net(); //!< Destructor frees the net only if there aren't references to the net anymore.
372
373         /** @brief Create a network from Intel's Model Optimizer intermediate representation.
374          *  @param[in] xml XML configuration file with network's topology.
375          *  @param[in] bin Binary file with trained weights.
376          *  Networks imported from Intel's Model Optimizer are launched in Intel's Inference Engine
377          *  backend.
378          */
379         CV_WRAP static Net readFromModelOptimizer(const String& xml, const String& bin);
380
381         /** Returns true if there are no layers in the network. */
382         CV_WRAP bool empty() const;
383
384         /** @brief Adds new layer to the net.
385          *  @param name   unique name of the adding layer.
386          *  @param type   typename of the adding layer (type must be registered in LayerRegister).
387          *  @param params parameters which will be used to initialize the creating layer.
388          *  @returns unique identifier of created layer, or -1 if a failure will happen.
389          */
390         int addLayer(const String &name, const String &type, LayerParams &params);
391         /** @brief Adds new layer and connects its first input to the first output of previously added layer.
392          *  @see addLayer()
393          */
394         int addLayerToPrev(const String &name, const String &type, LayerParams &params);
395
396         /** @brief Converts string name of the layer to the integer identifier.
397          *  @returns id of the layer, or -1 if the layer wasn't found.
398          */
399         CV_WRAP int getLayerId(const String &layer);
400
401         CV_WRAP std::vector<String> getLayerNames() const;
402
403         /** @brief Container for strings and integers. */
404         typedef DictValue LayerId;
405
406         /** @brief Returns pointer to layer with specified id or name which the network use. */
407         CV_WRAP Ptr<Layer> getLayer(LayerId layerId);
408
409         /** @brief Returns pointers to input layers of specific layer. */
410         std::vector<Ptr<Layer> > getLayerInputs(LayerId layerId); // FIXIT: CV_WRAP
411
412         /** @brief Connects output of the first layer to input of the second layer.
413          *  @param outPin descriptor of the first layer output.
414          *  @param inpPin descriptor of the second layer input.
415          *
416          * Descriptors have the following template <DFN>&lt;layer_name&gt;[.input_number]</DFN>:
417          * - the first part of the template <DFN>layer_name</DFN> is sting name of the added layer.
418          *   If this part is empty then the network input pseudo layer will be used;
419          * - the second optional part of the template <DFN>input_number</DFN>
420          *   is either number of the layer input, either label one.
421          *   If this part is omitted then the first layer input will be used.
422          *
423          *  @see setNetInputs(), Layer::inputNameToIndex(), Layer::outputNameToIndex()
424          */
425         CV_WRAP void connect(String outPin, String inpPin);
426
427         /** @brief Connects #@p outNum output of the first layer to #@p inNum input of the second layer.
428          *  @param outLayerId identifier of the first layer
429          *  @param outNum number of the first layer output
430          *  @param inpLayerId identifier of the second layer
431          *  @param inpNum number of the second layer input
432          */
433         void connect(int outLayerId, int outNum, int inpLayerId, int inpNum);
434
435         /** @brief Sets outputs names of the network input pseudo layer.
436          *
437          * Each net always has special own the network input pseudo layer with id=0.
438          * This layer stores the user blobs only and don't make any computations.
439          * In fact, this layer provides the only way to pass user data into the network.
440          * As any other layer, this layer can label its outputs and this function provides an easy way to do this.
441          */
442         CV_WRAP void setInputsNames(const std::vector<String> &inputBlobNames);
443
444         /** @brief Runs forward pass to compute output of layer with name @p outputName.
445          *  @param outputName name for layer which output is needed to get
446          *  @return blob for first output of specified layer.
447          *  @details By default runs forward pass for the whole network.
448          */
449         CV_WRAP Mat forward(const String& outputName = String());
450
451         /** @brief Runs forward pass to compute output of layer with name @p outputName.
452          *  @param outputBlobs contains all output blobs for specified layer.
453          *  @param outputName name for layer which output is needed to get
454          *  @details If @p outputName is empty, runs forward pass for the whole network.
455          */
456         CV_WRAP void forward(OutputArrayOfArrays outputBlobs, const String& outputName = String());
457
458         /** @brief Runs forward pass to compute outputs of layers listed in @p outBlobNames.
459          *  @param outputBlobs contains blobs for first outputs of specified layers.
460          *  @param outBlobNames names for layers which outputs are needed to get
461          */
462         CV_WRAP void forward(OutputArrayOfArrays outputBlobs,
463                              const std::vector<String>& outBlobNames);
464
465         /** @brief Runs forward pass to compute outputs of layers listed in @p outBlobNames.
466          *  @param outputBlobs contains all output blobs for each layer specified in @p outBlobNames.
467          *  @param outBlobNames names for layers which outputs are needed to get
468          */
469         CV_WRAP_AS(forwardAndRetrieve) void forward(CV_OUT std::vector<std::vector<Mat> >& outputBlobs,
470                                                     const std::vector<String>& outBlobNames);
471
472         /**
473          * @brief Compile Halide layers.
474          * @param[in] scheduler Path to YAML file with scheduling directives.
475          * @see setPreferableBackend
476          *
477          * Schedule layers that support Halide backend. Then compile them for
478          * specific target. For layers that not represented in scheduling file
479          * or if no manual scheduling used at all, automatic scheduling will be applied.
480          */
481         CV_WRAP void setHalideScheduler(const String& scheduler);
482
483         /**
484          * @brief Ask network to use specific computation backend where it supported.
485          * @param[in] backendId backend identifier.
486          * @see Backend
487          *
488          * If OpenCV is compiled with Intel's Inference Engine library, DNN_BACKEND_DEFAULT
489          * means DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE. Otherwise it equals to DNN_BACKEND_OPENCV.
490          */
491         CV_WRAP void setPreferableBackend(int backendId);
492
493         /**
494          * @brief Ask network to make computations on specific target device.
495          * @param[in] targetId target identifier.
496          * @see Target
497          *
498          * List of supported combinations backend / target:
499          * |                        | DNN_BACKEND_OPENCV | DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE | DNN_BACKEND_HALIDE |
500          * |------------------------|--------------------|------------------------------|--------------------|
501          * | DNN_TARGET_CPU         |                  + |                            + |                  + |
502          * | DNN_TARGET_OPENCL      |                  + |                            + |                  + |
503          * | DNN_TARGET_OPENCL_FP16 |                  + |                            + |                    |
504          * | DNN_TARGET_MYRIAD      |                    |                            + |                    |
505          * | DNN_TARGET_FPGA        |                    |                            + |                    |
506          */
507         CV_WRAP void setPreferableTarget(int targetId);
508
509         /** @brief Sets the new input value for the network
510          *  @param blob        A new blob. Should have CV_32F or CV_8U depth.
511          *  @param name        A name of input layer.
512          *  @param scalefactor An optional normalization scale.
513          *  @param mean        An optional mean subtraction values.
514          *  @see connect(String, String) to know format of the descriptor.
515          *
516          *  If scale or mean values are specified, a final input blob is computed
517          *  as:
518          * \f[input(n,c,h,w) = scalefactor \times (blob(n,c,h,w) - mean_c)\f]
519          */
520         CV_WRAP void setInput(InputArray blob, const String& name = "",
521                               double scalefactor = 1.0, const Scalar& mean = Scalar());
522
523         /** @brief Sets the new value for the learned param of the layer.
524          *  @param layer name or id of the layer.
525          *  @param numParam index of the layer parameter in the Layer::blobs array.
526          *  @param blob the new value.
527          *  @see Layer::blobs
528          *  @note If shape of the new blob differs from the previous shape,
529          *  then the following forward pass may fail.
530         */
531         CV_WRAP void setParam(LayerId layer, int numParam, const Mat &blob);
532
533         /** @brief Returns parameter blob of the layer.
534          *  @param layer name or id of the layer.
535          *  @param numParam index of the layer parameter in the Layer::blobs array.
536          *  @see Layer::blobs
537          */
538         CV_WRAP Mat getParam(LayerId layer, int numParam = 0);
539
540         /** @brief Returns indexes of layers with unconnected outputs.
541          */
542         CV_WRAP std::vector<int> getUnconnectedOutLayers() const;
543
544         /** @brief Returns names of layers with unconnected outputs.
545          */
546         CV_WRAP std::vector<String> getUnconnectedOutLayersNames() const;
547
548         /** @brief Returns input and output shapes for all layers in loaded model;
549          *  preliminary inferencing isn't necessary.
550          *  @param netInputShapes shapes for all input blobs in net input layer.
551          *  @param layersIds output parameter for layer IDs.
552          *  @param inLayersShapes output parameter for input layers shapes;
553          * order is the same as in layersIds
554          *  @param outLayersShapes output parameter for output layers shapes;
555          * order is the same as in layersIds
556          */
557         CV_WRAP void getLayersShapes(const std::vector<MatShape>& netInputShapes,
558                                      CV_OUT std::vector<int>& layersIds,
559                                      CV_OUT std::vector<std::vector<MatShape> >& inLayersShapes,
560                                      CV_OUT std::vector<std::vector<MatShape> >& outLayersShapes) const;
561
562         /** @overload */
563         CV_WRAP void getLayersShapes(const MatShape& netInputShape,
564                                      CV_OUT std::vector<int>& layersIds,
565                                      CV_OUT std::vector<std::vector<MatShape> >& inLayersShapes,
566                                      CV_OUT std::vector<std::vector<MatShape> >& outLayersShapes) const;
567
568         /** @brief Returns input and output shapes for layer with specified
569          * id in loaded model; preliminary inferencing isn't necessary.
570          *  @param netInputShape shape input blob in net input layer.
571          *  @param layerId id for layer.
572          *  @param inLayerShapes output parameter for input layers shapes;
573          * order is the same as in layersIds
574          *  @param outLayerShapes output parameter for output layers shapes;
575          * order is the same as in layersIds
576          */
577         void getLayerShapes(const MatShape& netInputShape,
578                                     const int layerId,
579                                     CV_OUT std::vector<MatShape>& inLayerShapes,
580                                     CV_OUT std::vector<MatShape>& outLayerShapes) const; // FIXIT: CV_WRAP
581
582         /** @overload */
583         void getLayerShapes(const std::vector<MatShape>& netInputShapes,
584                                     const int layerId,
585                                     CV_OUT std::vector<MatShape>& inLayerShapes,
586                                     CV_OUT std::vector<MatShape>& outLayerShapes) const; // FIXIT: CV_WRAP
587
588         /** @brief Computes FLOP for whole loaded model with specified input shapes.
589          * @param netInputShapes vector of shapes for all net inputs.
590          * @returns computed FLOP.
591          */
592         CV_WRAP int64 getFLOPS(const std::vector<MatShape>& netInputShapes) const;
593         /** @overload */
594         CV_WRAP int64 getFLOPS(const MatShape& netInputShape) const;
595         /** @overload */
596         CV_WRAP int64 getFLOPS(const int layerId,
597                                const std::vector<MatShape>& netInputShapes) const;
598         /** @overload */
599         CV_WRAP int64 getFLOPS(const int layerId,
600                                const MatShape& netInputShape) const;
601
602         /** @brief Returns list of types for layer used in model.
603          * @param layersTypes output parameter for returning types.
604          */
605         CV_WRAP void getLayerTypes(CV_OUT std::vector<String>& layersTypes) const;
606
607         /** @brief Returns count of layers of specified type.
608          * @param layerType type.
609          * @returns count of layers
610          */
611         CV_WRAP int getLayersCount(const String& layerType) const;
612
613         /** @brief Computes bytes number which are required to store
614          * all weights and intermediate blobs for model.
615          * @param netInputShapes vector of shapes for all net inputs.
616          * @param weights output parameter to store resulting bytes for weights.
617          * @param blobs output parameter to store resulting bytes for intermediate blobs.
618          */
619         void getMemoryConsumption(const std::vector<MatShape>& netInputShapes,
620                                           CV_OUT size_t& weights, CV_OUT size_t& blobs) const; // FIXIT: CV_WRAP
621         /** @overload */
622         CV_WRAP void getMemoryConsumption(const MatShape& netInputShape,
623                                           CV_OUT size_t& weights, CV_OUT size_t& blobs) const;
624         /** @overload */
625         CV_WRAP void getMemoryConsumption(const int layerId,
626                                           const std::vector<MatShape>& netInputShapes,
627                                           CV_OUT size_t& weights, CV_OUT size_t& blobs) const;
628         /** @overload */
629         CV_WRAP void getMemoryConsumption(const int layerId,
630                                           const MatShape& netInputShape,
631                                           CV_OUT size_t& weights, CV_OUT size_t& blobs) const;
632
633         /** @brief Computes bytes number which are required to store
634          * all weights and intermediate blobs for each layer.
635          * @param netInputShapes vector of shapes for all net inputs.
636          * @param layerIds output vector to save layer IDs.
637          * @param weights output parameter to store resulting bytes for weights.
638          * @param blobs output parameter to store resulting bytes for intermediate blobs.
639          */
640         void getMemoryConsumption(const std::vector<MatShape>& netInputShapes,
641                                           CV_OUT std::vector<int>& layerIds,
642                                           CV_OUT std::vector<size_t>& weights,
643                                           CV_OUT std::vector<size_t>& blobs) const; // FIXIT: CV_WRAP
644         /** @overload */
645         void getMemoryConsumption(const MatShape& netInputShape,
646                                           CV_OUT std::vector<int>& layerIds,
647                                           CV_OUT std::vector<size_t>& weights,
648                                           CV_OUT std::vector<size_t>& blobs) const; // FIXIT: CV_WRAP
649
650         /** @brief Enables or disables layer fusion in the network.
651          * @param fusion true to enable the fusion, false to disable. The fusion is enabled by default.
652          */
653         CV_WRAP void enableFusion(bool fusion);
654
655         /** @brief Returns overall time for inference and timings (in ticks) for layers.
656          * Indexes in returned vector correspond to layers ids. Some layers can be fused with others,
657          * in this case zero ticks count will be return for that skipped layers.
658          * @param timings vector for tick timings for all layers.
659          * @return overall ticks for model inference.
660          */
661         CV_WRAP int64 getPerfProfile(CV_OUT std::vector<double>& timings);
662
663     private:
664         struct Impl;
665         Ptr<Impl> impl;
666     };
667
668     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://pjreddie.com/darknet/">Darknet</a> model files.
669     *  @param cfgFile      path to the .cfg file with text description of the network architecture.
670     *  @param darknetModel path to the .weights file with learned network.
671     *  @returns Network object that ready to do forward, throw an exception in failure cases.
672     *  @returns Net object.
673     */
674     CV_EXPORTS_W Net readNetFromDarknet(const String &cfgFile, const String &darknetModel = String());
675
676     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://pjreddie.com/darknet/">Darknet</a> model files.
677      *  @param bufferCfg   A buffer contains a content of .cfg file with text description of the network architecture.
678      *  @param bufferModel A buffer contains a content of .weights file with learned network.
679      *  @returns Net object.
680      */
681     CV_EXPORTS_W Net readNetFromDarknet(const std::vector<uchar>& bufferCfg,
682                                         const std::vector<uchar>& bufferModel = std::vector<uchar>());
683
684     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://pjreddie.com/darknet/">Darknet</a> model files.
685      *  @param bufferCfg   A buffer contains a content of .cfg file with text description of the network architecture.
686      *  @param lenCfg      Number of bytes to read from bufferCfg
687      *  @param bufferModel A buffer contains a content of .weights file with learned network.
688      *  @param lenModel    Number of bytes to read from bufferModel
689      *  @returns Net object.
690      */
691     CV_EXPORTS Net readNetFromDarknet(const char *bufferCfg, size_t lenCfg,
692                                       const char *bufferModel = NULL, size_t lenModel = 0);
693
694     /** @brief Reads a network model stored in <a href="http://caffe.berkeleyvision.org">Caffe</a> framework's format.
695       * @param prototxt   path to the .prototxt file with text description of the network architecture.
696       * @param caffeModel path to the .caffemodel file with learned network.
697       * @returns Net object.
698       */
699     CV_EXPORTS_W Net readNetFromCaffe(const String &prototxt, const String &caffeModel = String());
700
701     /** @brief Reads a network model stored in Caffe model in memory.
702       * @param bufferProto buffer containing the content of the .prototxt file
703       * @param bufferModel buffer containing the content of the .caffemodel file
704       * @returns Net object.
705       */
706     CV_EXPORTS_W Net readNetFromCaffe(const std::vector<uchar>& bufferProto,
707                                       const std::vector<uchar>& bufferModel = std::vector<uchar>());
708
709     /** @brief Reads a network model stored in Caffe model in memory.
710       * @details This is an overloaded member function, provided for convenience.
711       * It differs from the above function only in what argument(s) it accepts.
712       * @param bufferProto buffer containing the content of the .prototxt file
713       * @param lenProto length of bufferProto
714       * @param bufferModel buffer containing the content of the .caffemodel file
715       * @param lenModel length of bufferModel
716       * @returns Net object.
717       */
718     CV_EXPORTS Net readNetFromCaffe(const char *bufferProto, size_t lenProto,
719                                     const char *bufferModel = NULL, size_t lenModel = 0);
720
721     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://www.tensorflow.org/">TensorFlow</a> framework's format.
722       * @param model  path to the .pb file with binary protobuf description of the network architecture
723       * @param config path to the .pbtxt file that contains text graph definition in protobuf format.
724       *               Resulting Net object is built by text graph using weights from a binary one that
725       *               let us make it more flexible.
726       * @returns Net object.
727       */
728     CV_EXPORTS_W Net readNetFromTensorflow(const String &model, const String &config = String());
729
730     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://www.tensorflow.org/">TensorFlow</a> framework's format.
731       * @param bufferModel buffer containing the content of the pb file
732       * @param bufferConfig buffer containing the content of the pbtxt file
733       * @returns Net object.
734       */
735     CV_EXPORTS_W Net readNetFromTensorflow(const std::vector<uchar>& bufferModel,
736                                            const std::vector<uchar>& bufferConfig = std::vector<uchar>());
737
738     /** @brief Reads a network model stored in <a href="https://www.tensorflow.org/">TensorFlow</a> framework's format.
739       * @details This is an overloaded member function, provided for convenience.
740       * It differs from the above function only in what argument(s) it accepts.
741       * @param bufferModel buffer containing the content of the pb file
742       * @param lenModel length of bufferModel
743       * @param bufferConfig buffer containing the content of the pbtxt file
744       * @param lenConfig length of bufferConfig
745       */
746     CV_EXPORTS Net readNetFromTensorflow(const char *bufferModel, size_t lenModel,
747                                          const char *bufferConfig = NULL, size_t lenConfig = 0);
748
749     /**
750      *  @brief Reads a network model stored in <a href="http://torch.ch">Torch7</a> framework's format.
751      *  @param model    path to the file, dumped from Torch by using torch.save() function.
752      *  @param isBinary specifies whether the network was serialized in ascii mode or binary.
753      *  @param evaluate specifies testing phase of network. If true, it's similar to evaluate() method in Torch.
754      *  @returns Net object.
755      *
756      *  @note Ascii mode of Torch serializer is more preferable, because binary mode extensively use `long` type of C language,
757      *  which has various bit-length on different systems.
758      *
759      * The loading file must contain serialized <a href="https://github.com/torch/nn/blob/master/doc/module.md">nn.Module</a> object
760      * with importing network. Try to eliminate a custom objects from serialazing data to avoid importing errors.
761      *
762      * List of supported layers (i.e. object instances derived from Torch nn.Module class):
763      * - nn.Sequential
764      * - nn.Parallel
765      * - nn.Concat
766      * - nn.Linear
767      * - nn.SpatialConvolution
768      * - nn.SpatialMaxPooling, nn.SpatialAveragePooling
769      * - nn.ReLU, nn.TanH, nn.Sigmoid
770      * - nn.Reshape
771      * - nn.SoftMax, nn.LogSoftMax
772      *
773      * Also some equivalents of these classes from cunn, cudnn, and fbcunn may be successfully imported.
774      */
775      CV_EXPORTS_W Net readNetFromTorch(const String &model, bool isBinary = true, bool evaluate = true);
776
777      /**
778       * @brief Read deep learning network represented in one of the supported formats.
779       * @param[in] model Binary file contains trained weights. The following file
780       *                  extensions are expected for models from different frameworks:
781       *                  * `*.caffemodel` (Caffe, http://caffe.berkeleyvision.org/)
782       *                  * `*.pb` (TensorFlow, https://www.tensorflow.org/)
783       *                  * `*.t7` | `*.net` (Torch, http://torch.ch/)
784       *                  * `*.weights` (Darknet, https://pjreddie.com/darknet/)
785       *                  * `*.bin` (DLDT, https://software.intel.com/openvino-toolkit)
786       * @param[in] config Text file contains network configuration. It could be a
787       *                   file with the following extensions:
788       *                  * `*.prototxt` (Caffe, http://caffe.berkeleyvision.org/)
789       *                  * `*.pbtxt` (TensorFlow, https://www.tensorflow.org/)
790       *                  * `*.cfg` (Darknet, https://pjreddie.com/darknet/)
791       *                  * `*.xml` (DLDT, https://software.intel.com/openvino-toolkit)
792       * @param[in] framework Explicit framework name tag to determine a format.
793       * @returns Net object.
794       *
795       * This function automatically detects an origin framework of trained model
796       * and calls an appropriate function such @ref readNetFromCaffe, @ref readNetFromTensorflow,
797       * @ref readNetFromTorch or @ref readNetFromDarknet. An order of @p model and @p config
798       * arguments does not matter.
799       */
800      CV_EXPORTS_W Net readNet(const String& model, const String& config = "", const String& framework = "");
801
802      /**
803       * @brief Read deep learning network represented in one of the supported formats.
804       * @details This is an overloaded member function, provided for convenience.
805       *          It differs from the above function only in what argument(s) it accepts.
806       * @param[in] framework    Name of origin framework.
807       * @param[in] bufferModel  A buffer with a content of binary file with weights
808       * @param[in] bufferConfig A buffer with a content of text file contains network configuration.
809       * @returns Net object.
810       */
811      CV_EXPORTS_W Net readNet(const String& framework, const std::vector<uchar>& bufferModel,
812                               const std::vector<uchar>& bufferConfig = std::vector<uchar>());
813
814     /** @brief Loads blob which was serialized as torch.Tensor object of Torch7 framework.
815      *  @warning This function has the same limitations as readNetFromTorch().
816      */
817     CV_EXPORTS_W Mat readTorchBlob(const String &filename, bool isBinary = true);
818
819     /** @brief Load a network from Intel's Model Optimizer intermediate representation.
820      *  @param[in] xml XML configuration file with network's topology.
821      *  @param[in] bin Binary file with trained weights.
822      *  @returns Net object.
823      *  Networks imported from Intel's Model Optimizer are launched in Intel's Inference Engine
824      *  backend.
825      */
826     CV_EXPORTS_W Net readNetFromModelOptimizer(const String &xml, const String &bin);
827
828     /** @brief Reads a network model <a href="https://onnx.ai/">ONNX</a>.
829      *  @param onnxFile path to the .onnx file with text description of the network architecture.
830      *  @returns Network object that ready to do forward, throw an exception in failure cases.
831      */
832     CV_EXPORTS_W Net readNetFromONNX(const String &onnxFile);
833
834     /** @brief Creates blob from .pb file.
835      *  @param path to the .pb file with input tensor.
836      *  @returns Mat.
837      */
838     CV_EXPORTS_W Mat readTensorFromONNX(const String& path);
839
840     /** @brief Creates 4-dimensional blob from image. Optionally resizes and crops @p image from center,
841      *  subtract @p mean values, scales values by @p scalefactor, swap Blue and Red channels.
842      *  @param image input image (with 1-, 3- or 4-channels).
843      *  @param size spatial size for output image
844      *  @param mean scalar with mean values which are subtracted from channels. Values are intended
845      *  to be in (mean-R, mean-G, mean-B) order if @p image has BGR ordering and @p swapRB is true.
846      *  @param scalefactor multiplier for @p image values.
847      *  @param swapRB flag which indicates that swap first and last channels
848      *  in 3-channel image is necessary.
849      *  @param crop flag which indicates whether image will be cropped after resize or not
850      *  @param ddepth Depth of output blob. Choose CV_32F or CV_8U.
851      *  @details if @p crop is true, input image is resized so one side after resize is equal to corresponding
852      *  dimension in @p size and another one is equal or larger. Then, crop from the center is performed.
853      *  If @p crop is false, direct resize without cropping and preserving aspect ratio is performed.
854      *  @returns 4-dimensional Mat with NCHW dimensions order.
855      */
856     CV_EXPORTS_W Mat blobFromImage(InputArray image, double scalefactor=1.0, const Size& size = Size(),
857                                    const Scalar& mean = Scalar(), bool swapRB=false, bool crop=false,
858                                    int ddepth=CV_32F);
859
860     /** @brief Creates 4-dimensional blob from image.
861      *  @details This is an overloaded member function, provided for convenience.
862      *           It differs from the above function only in what argument(s) it accepts.
863      */
864     CV_EXPORTS void blobFromImage(InputArray image, OutputArray blob, double scalefactor=1.0,
865                                   const Size& size = Size(), const Scalar& mean = Scalar(),
866                                   bool swapRB=false, bool crop=false, int ddepth=CV_32F);
867
868
869     /** @brief Creates 4-dimensional blob from series of images. Optionally resizes and
870      *  crops @p images from center, subtract @p mean values, scales values by @p scalefactor,
871      *  swap Blue and Red channels.
872      *  @param images input images (all with 1-, 3- or 4-channels).
873      *  @param size spatial size for output image
874      *  @param mean scalar with mean values which are subtracted from channels. Values are intended
875      *  to be in (mean-R, mean-G, mean-B) order if @p image has BGR ordering and @p swapRB is true.
876      *  @param scalefactor multiplier for @p images values.
877      *  @param swapRB flag which indicates that swap first and last channels
878      *  in 3-channel image is necessary.
879      *  @param crop flag which indicates whether image will be cropped after resize or not
880      *  @param ddepth Depth of output blob. Choose CV_32F or CV_8U.
881      *  @details if @p crop is true, input image is resized so one side after resize is equal to corresponding
882      *  dimension in @p size and another one is equal or larger. Then, crop from the center is performed.
883      *  If @p crop is false, direct resize without cropping and preserving aspect ratio is performed.
884      *  @returns 4-dimensional Mat with NCHW dimensions order.
885      */
886     CV_EXPORTS_W Mat blobFromImages(InputArrayOfArrays images, double scalefactor=1.0,
887                                     Size size = Size(), const Scalar& mean = Scalar(), bool swapRB=false, bool crop=false,
888                                     int ddepth=CV_32F);
889
890     /** @brief Creates 4-dimensional blob from series of images.
891      *  @details This is an overloaded member function, provided for convenience.
892      *           It differs from the above function only in what argument(s) it accepts.
893      */
894     CV_EXPORTS void blobFromImages(InputArrayOfArrays images, OutputArray blob,
895                                    double scalefactor=1.0, Size size = Size(),
896                                    const Scalar& mean = Scalar(), bool swapRB=false, bool crop=false,
897                                    int ddepth=CV_32F);
898
899     /** @brief Parse a 4D blob and output the images it contains as 2D arrays through a simpler data structure
900      *  (std::vector<cv::Mat>).
901      *  @param[in] blob_ 4 dimensional array (images, channels, height, width) in floating point precision (CV_32F) from
902      *  which you would like to extract the images.
903      *  @param[out] images_ array of 2D Mat containing the images extracted from the blob in floating point precision
904      *  (CV_32F). They are non normalized neither mean added. The number of returned images equals the first dimension
905      *  of the blob (batch size). Every image has a number of channels equals to the second dimension of the blob (depth).
906      */
907     CV_EXPORTS_W void imagesFromBlob(const cv::Mat& blob_, OutputArrayOfArrays images_);
908
909     /** @brief Convert all weights of Caffe network to half precision floating point.
910      * @param src Path to origin model from Caffe framework contains single
911      *            precision floating point weights (usually has `.caffemodel` extension).
912      * @param dst Path to destination model with updated weights.
913      * @param layersTypes Set of layers types which parameters will be converted.
914      *                    By default, converts only Convolutional and Fully-Connected layers'
915      *                    weights.
916      *
917      * @note Shrinked model has no origin float32 weights so it can't be used
918      *       in origin Caffe framework anymore. However the structure of data
919      *       is taken from NVidia's Caffe fork: https://github.com/NVIDIA/caffe.
920      *       So the resulting model may be used there.
921      */
922     CV_EXPORTS_W void shrinkCaffeModel(const String& src, const String& dst,
923                                        const std::vector<String>& layersTypes = std::vector<String>());
924
925     /** @brief Create a text representation for a binary network stored in protocol buffer format.
926      *  @param[in] model  A path to binary network.
927      *  @param[in] output A path to output text file to be created.
928      *
929      *  @note To reduce output file size, trained weights are not included.
930      */
931     CV_EXPORTS_W void writeTextGraph(const String& model, const String& output);
932
933     /** @brief Performs non maximum suppression given boxes and corresponding scores.
934
935      * @param bboxes a set of bounding boxes to apply NMS.
936      * @param scores a set of corresponding confidences.
937      * @param score_threshold a threshold used to filter boxes by score.
938      * @param nms_threshold a threshold used in non maximum suppression.
939      * @param indices the kept indices of bboxes after NMS.
940      * @param eta a coefficient in adaptive threshold formula: \f$nms\_threshold_{i+1}=eta\cdot nms\_threshold_i\f$.
941      * @param top_k if `>0`, keep at most @p top_k picked indices.
942      */
943     CV_EXPORTS_W void NMSBoxes(const std::vector<Rect>& bboxes, const std::vector<float>& scores,
944                                const float score_threshold, const float nms_threshold,
945                                CV_OUT std::vector<int>& indices,
946                                const float eta = 1.f, const int top_k = 0);
947
948     CV_EXPORTS_W void NMSBoxes(const std::vector<Rect2d>& bboxes, const std::vector<float>& scores,
949                                const float score_threshold, const float nms_threshold,
950                                CV_OUT std::vector<int>& indices,
951                                const float eta = 1.f, const int top_k = 0);
952
953     CV_EXPORTS_AS(NMSBoxesRotated) void NMSBoxes(const std::vector<RotatedRect>& bboxes, const std::vector<float>& scores,
954                              const float score_threshold, const float nms_threshold,
955                              CV_OUT std::vector<int>& indices,
956                              const float eta = 1.f, const int top_k = 0);
957
958 //! @}
959 CV__DNN_INLINE_NS_END
960 }
961 }
962
963 #include <opencv2/dnn/layer.hpp>
964 #include <opencv2/dnn/dnn.inl.hpp>
965
966 /// @deprecated Include this header directly from application. Automatic inclusion will be removed
967 #include <opencv2/dnn/utils/inference_engine.hpp>
968
969 #endif  /* OPENCV_DNN_DNN_HPP */