glue-factory

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AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

Glue Factory 是专为计算机视觉研究者打造的深度学习训练库,专注于局部特征(如点和线)的检测与匹配。它有效解决了复现顶尖算法难、自定义数据训练繁琐以及模型评估标准不统一等痛点,让用户能轻松重现 LightGlue 和 GlueStick 等前沿模型的训练过程。

无论是希望探索新架构的学术研究人员,还是需要将视觉匹配技术落地到实际项目中的开发者,都能从中受益。Glue Factory 支持在多个数据集上使用自定义特征进行灵活训练,并内置了 HPatches、MegaDepth 等标准基准的自动化评估流程,大幅降低了实验门槛。

其独特亮点在于完善的生态整合:不仅提供模型的自动下载功能,实现“开箱即用”,还智能集成了 PoseLib 等高级鲁棒估计器以优化评估精度。此外,项目采用友好的 Apache-2.0 协议开源核心代码与训练好的模型,在保障自由使用的同时,也规范了第三方受限模型的管理,是进行视觉特征匹配研究的高效得力助手。

使用场景

某自动驾驶感知团队正在研发高精度的视觉里程计系统,需要训练一个能同时处理特征点和直线匹配的深度学习模型,以适应城市复杂光照环境。

没有 glue-factory 时

  • 复现门槛极高:想要使用 LightGlue 或 GlueStick 等 SOTA 模型,必须手动搜集分散的代码、配置环境和寻找预训练权重,往往因依赖冲突导致项目启动停滞数周。
  • 数据适配困难:若需将模型迁移到团队自有的车载数据集上,缺乏统一的训练框架,必须从头编写繁琐的数据加载器和损失函数,极易引入 Bug。
  • 评估标准不一:在 HPatches 等基准测试中,不同团队使用的鲁棒估计器(如 RANSAC 实现)不一致,导致无法公平对比模型性能,难以判断优化方向。
  • 功能支持单一:现有开源代码多仅支持点特征,若要加入直线特征匹配以提升弱纹理场景的稳定性,需大幅修改底层架构,开发成本巨大。

使用 glue-factory 后

  • 一键复现顶尖模型:通过简单的命令行即可自动下载并运行 LightGlue 和 GlueStick 的官方预训练模型,将环境配置和模型验证时间从数周缩短至几小时。
  • 灵活定制训练流程:利用其模块化设计,团队能快速接入自有数据集,轻松配置多任务训练脚本,高效微调出适应特定城市场景的专用模型。
  • 标准化权威评估:内置集成了 PoseLib 等先进鲁棒估计器,可直接运行标准评测命令,获得包含单应性误差 AUC 在内的详细指标,确保结果具有行业可比性。
  • 点线融合原生支持:原生支持点与线的联合检测与匹配,团队无需重写核心代码即可启用 GlueStick 等模型,显著提升了隧道等弱纹理区域的定位鲁棒性。

glue-factory 通过提供标准化的训练与评估流水线,让研发团队能从繁琐的工程基建中解放出来,专注于算法核心的迭代与落地。

运行环境要求

操作系统
  • 未说明
GPU
  • 训练必需:推荐 2x NVIDIA RTX 3090 (24GB 显存)
  • 若使用单卡 (如 GTX 1080) 需减小 batch size
  • 推理未明确指定,但需支持 PyTorch 的 GPU
内存

未说明 (但训练数据集需大量磁盘空间:预训练约 450GB,微调约 420GB)

依赖
notes1. 训练默认配置需要 PyTorch >= 2.0 以支持 FlashAttention。2. 若 PyTorch 版本低于 2.0 或显卡较弱,需手动减小 batch size 并可能调整学习率。3. 评估和训练命令会自动下载数据集,请确保有足够的磁盘空间 (HPatches 1.8GB, MegaDepth 1.5GB/420GB, Scannet 1.1GB, ETH3D 6GB)。4. 部分高级功能需安装额外依赖 (pip install -e .[extra])。5. 推荐使用 'poselib' 作为鲁棒估计器以获得更佳评估结果。
python3.x
torch>=2.0
omegaconf
glue-factory hero image

快速开始

胶水工厂

胶水工厂是CVG用于训练和评估提取与匹配局部视觉特征的深度神经网络的库。它使您能够:

  • 重现点和线匹配领域最先进模型的训练,例如LightGlueGlueStick(ICCV 2023)
  • 使用您自己的局部特征或线条,在多个数据集上训练这些模型
  • 在HPatches或MegaDepth-1500等标准基准上评估特征提取器或匹配器


使用LightGlue和GlueStick进行点和线匹配。

安装

胶水工厂运行在Python 3和PyTorch上。以下命令将安装该库及其基本依赖项:

git clone https://github.com/cvg/glue-factory
cd glue-factory
python3 -m pip install -e .  # 可编辑模式

某些高级功能可能需要安装完整的依赖包:

python3 -m pip install -e .[extra]

胶水工厂中的所有模型和数据集都配备了自动下载工具,因此您可以立即开始使用!

许可证

胶水工厂中的代码和训练好的模型采用Apache-2.0许可证发布。这包括LightGlue以及一个SuperPoint的开源版本。不兼容此许可证的第三方模型,例如SuperPoint(原版)和SuperGlue,则位于gluefactory_nonfree目录中,每个模型可能遵循其各自的限制性许可证。

评估

HPatches

运行评估命令会自动下载数据集,默认保存到data/目录下。您需要大约1.8 GB的可用磁盘空间。

[评估LightGlue]

要评估HPatches上的预训练SuperPoint+LightGlue模型,请运行:

python -m gluefactory.eval.hpatches --conf superpoint+lightglue-official --overwrite

您应该会得到如下结果:

{'H_error_dlt@1px': 0.3515,
 'H_error_dlt@3px': 0.6723,
 'H_error_dlt@5px': 0.7756,
 'H_error_ransac@1px': 0.3428,
 'H_error_ransac@3px': 0.5763,
 'H_error_ransac@5px': 0.6943,
 'mnum_keypoints': 1024.0,
 'mnum_matches': 560.756,
 'mprec@1px': 0.337,
 'mprec@3px': 0.89,
 'mransac_inl': 130.081,
 'mransac_inl%': 0.217,
 'ransac_mAA': 0.5378}

默认的鲁棒估计器是opencv,但我们强烈建议改用poselib

python -m gluefactory.eval.hpatches --conf superpoint+lightglue-official --overwrite \
    eval.estimator=poselib eval.ransac_th=-1

设置eval.ransac_th=-1会通过在一系列阈值下运行评估来自动调整RANSAC内点阈值,并报告最优值的结果。以下是按1/3/5像素的单应误差曲线下的面积(AUC):

方法 DLT OpenCV PoseLib
SuperPoint + SuperGlue 32.1 / 65.0 / 75.7 32.9 / 55.7 / 68.0 37.0 / 68.2 / 78.7
SuperPoint + LightGlue 35.1 / 67.2 / 77.6 34.2 / 57.9 / 69.9 37.1 / 67.4 / 77.8
[评估GlueStick]

要评估GlueStick在HPatches上的表现,请运行:

python -m gluefactory.eval.hpatches --conf gluefactory/configs/superpoint+lsd+gluestick.yaml --overwrite

您应该会得到如下结果:

{"mprec@1px": 0.245,
 "mprec@3px": 0.838,
 "mnum_matches": 1290.5,
 "mnum_keypoints": 2287.5,
 "mH_error_dlt": null,
 "H_error_dlt@1px": 0.3355,
 "H_error_dlt@3px": 0.6637,
 "H_error_dlt@5px": 0.7713,
 "H_error_ransac@1px": 0.3915,
 "H_error_ransac@3px": 0.6972,
 "H_error_ransac@5px": 0.7955,
 "H_error_ransac_mAA": 0.62806,
 "mH_error_ransac": null}

由于我们使用点和线来求解单应矩阵,这里采用了不同的鲁棒估计器:Hest。以下是按1/3/5像素的单应误差曲线下的面积(AUC):

方法 DLT Hest
SP + LSD + GlueStick 33.6 / 66.4 / 77.1 39.2 / 69.7 / 79.6

MegaDepth-1500

运行评估命令会自动下载数据集,大约需要1.5 GB的磁盘空间。

[评估LightGlue]

要评估MegaDepth-1500上的预训练SuperPoint+LightGlue模型,请运行:

python -m gluefactory.eval.megadepth1500 --conf superpoint+lightglue-official

# 或者自适应变体
python -m gluefactory.eval.megadepth1500 --conf superpoint+lightglue-official \
    model.matcher.{depth_confidence=0.95,width_confidence=0.95}

第一条命令应该会打印出以下结果:

{'mepi_prec@1e-3': 0.795,
 'mepi_prec@1e-4': 0.15,
 'mepi_prec@5e-4': 0.567,
 'mnum_keypoints': 2048.0,
 'mnum_matches': 613.287,
 'mransac_inl': 280.518,
 'mransac_inl%': 0.442,
 'rel_pose_error@10°': 0.681,
 'rel_pose_error@20°': 0.8065,
 'rel_pose_error@5°': 0.5102,
 'ransac_mAA': 0.6659}

要使用 PoseLib 估计器:

python -m gluefactory.eval.megadepth1500 --conf superpoint+lightglue-official \
    eval.estimator=poselib eval.ransac_th=2.0
[评估 GlueStick]

要在 MegaDepth-1500 上评估预训练的 SuperPoint+GlueStick 模型,运行:

python -m gluefactory.eval.megadepth1500 --conf gluefactory/configs/superpoint+lsd+gluestick.yaml

以下是姿态误差在 5/10/20 度下的曲线下面积(AUC)结果:

方法 pycolmap OpenCV PoseLib
SuperPoint + SuperGlue 54.4 / 70.4 / 82.4 48.7 / 65.6 / 79.0 64.8 / 77.9 / 87.0
SuperPoint + LightGlue 56.7 / 72.4 / 83.7 51.0 / 68.1 / 80.7 66.8 / 79.3 / 87.9
SIFT (2K) + LightGlue ? / ? / ? 43.5 / 61.5 / 75.9 60.4 / 74.3 / 84.5
SIFT (4K) + LightGlue ? / ? / ? 49.9 / 67.3 / 80.3 65.9 / 78.6 / 87.4
ALIKED + LightGlue ? / ? / ? 52.3 / 68.8 / 81.0 66.4 / 79.0 / 87.5
SuperPoint + GlueStick 53.2 / 69.8 / 81.9 46.3 / 64.2 / 78.1 64.4 / 77.5 / 86.5

Scannet-1500

运行评估命令会自动下载数据集,大约需要 1.1 GB 的磁盘空间。

[评估 LightGlue]

要在 Scannet-1500 上评估预训练的 SuperPoint+LightGlue 模型,运行:

python -m gluefactory.eval.scannet1500 --conf superpoint+lightglue-official
# 或者自适应变体
python -m gluefactory.eval.scannet1500 --conf superpoint+lightglue-official \
    model.matcher.{depth_confidence=0.95,width_confidence=0.95}

以下是姿态误差在 5/10/20 度下的曲线下面积(AUC)结果:

方法 OpenCV PoseLib
SuperPoint + SuperGlue 17.9 / 35.4 / 49.5 22.7 / 39.5 / 54.3
SuperPoint + LightGlue 17.8 / 34.0 / 52.0 21.9 / 39.8 / 55.7
DISK + LightGlue 9.0 / 18.1 / 29.2 12.1 / 23.1 / 35.0
ALIKED + LightGlue 15.4 / 31.2 / 47.5 19.6 / 36.5 / 52.8

ETH3D

如果磁盘上没有该数据集,它将自动下载,大约需要 6 GB 的可用磁盘空间。

[评估 GlueStick]

要在 ETH3D 上评估 GlueStick,运行:

python -m gluefactory.eval.eth3d --conf gluefactory/configs/superpoint+lsd+gluestick.yaml

你应该会得到以下结果:

AP: 77.92
AP_lines: 69.22

图像匹配挑战赛 2021

即将推出!

图像匹配挑战赛 2023

即将推出!

可视化检查

要对评估结果进行可视化检查,可以运行:
python -m gluefactory.eval.inspect hpatches superpoint+lightglue-official

点击某个点即可查看该图像对上的匹配情况。

要在同一数据集上比较多种方法:

python -m gluefactory.eval.inspect hpatches superpoint+lightglue-official superpoint+superglue-official

当前所有的基准测试都支持该查看器。

详细的评估说明可以在 这里 找到。

训练

我们通常采用两阶段训练:

  1. 先在大规模合成单应矩阵数据集上进行预训练,这些数据集是基于互联网图片生成的。我们使用牛津-巴黎检索数据集中的 100 万张干扰图片。这大约需要 450 GB 的磁盘空间。
  2. 然后在 MegaDepth 数据集上进行微调,该数据集基于全球热门地标的照片。它展示了更复杂、更真实的外观和视角变化。这大约需要 420 GB 的磁盘空间。

所有训练命令都会自动下载数据集。

[训练 LightGlue]

我们展示如何使用 SuperPoint 来训练 LightGlue。 首先我们在单应矩阵数据集上预训练 LightGlue:

python -m gluefactory.train sp+lg_homography \  # 实验名称
    --conf gluefactory/configs/superpoint+lightglue_homography.yaml

你可以自由选择其他实验名称。默认情况下,检查点会被保存到 outputs/training/ 目录下。默认的 128 批次大小对应于论文中报告的结果,需要两块各有 24GB 显存的 3090 显卡,以及 PyTorch >= 2.0(FlashAttention)。 配置由 OmegaConf 管理,因此任何参数都可以通过命令行覆盖。 如果你使用的是 PyTorch < 2.0 或显卡性能较弱,你可能需要通过以下方式降低批次大小:

python -m gluefactory.train sp+lg_homography \
    --conf gluefactory/configs/superpoint+lightglue_homography.yaml  \
    data.batch_size=32  # 对于一块 1080 显卡

请注意,这可能会影响整体性能。你可能还需要相应地调整学习率。

然后我们在 MegaDepth 数据集上对模型进行微调:

python -m gluefactory.train sp+lg_megadepth \
    --conf gluefactory/configs/superpoint+lightglue_megadepth.yaml \
    train.load_experiment=sp+lg_homography

在这里,默认批次大小为 32。为了加快 MegaDepth 上的训练速度,我们建议在训练前缓存局部特征(大约需要 150 GB 的磁盘空间):

# 提取特征
python -m gluefactory.scripts.export_megadepth --method sp --num_workers 8

# 使用缓存的特征运行训练
python -m gluefactory.train sp+lg_megadepth \
    --conf gluefactory/configs/superpoint+lightglue_megadepth.yaml \
    train.load_experiment=sp+lg_homography \
    data.load_features.do=True

随后可以使用实验名称对该模型进行评估:

python -m gluefactory.eval.megadepth1500 --checkpoint sp+lg_megadepth

你还可以通过添加 --run_benchmarks 选项,在每个训练周期后运行所有基准测试。

[训练 GlueStick]

我们首先在单应性数据集上对 GlueStick 进行预训练:

python -m gluefactory.train gluestick_H --conf gluefactory/configs/superpoint+lsd+gluestick-homography.yaml --distributed

你可以自由选择其他实验名称。配置由 OmegaConf 管理,因此任何配置项都可以通过命令行覆盖。

接着,我们在 MegaDepth 数据集上对该模型进行微调:

python -m gluefactory.train gluestick_MD --conf gluefactory/configs/superpoint+lsd+gluestick-megadepth.yaml --distributed

需要注意的是,我们之前使用 train_scenes.txtvalid_scenes.txt 这两个训练划分来训练原始模型,而这些划分与 IMC 挑战赛存在一定的重叠。现在默认的新划分是 train_scenes_clean.txtvalid_scenes_clean.txt,其中不再包含这种重叠。

可用模型

Glue Factory 支持以下深度匹配器的训练和评估:

模型 训练? 评估?
LightGlue
GlueStick
SuperGlue
LoFTR

同时支持以下局部特征提取器:

模型 LightGlue 配置
SuperPoint(开源版) superpoint-open+lightglue_{homography,megadepth}.yaml
SuperPoint(官方版) superpoint+lightglue_{homography,megadepth}.yaml
SIFT(通过 pycolmap 实现) sift+lightglue_{homography,megadepth}.yaml
ALIKED aliked+lightglue_{homography,megadepth}.yaml
DISK disk+lightglue_{homography,megadepth}.yaml
Key.Net + HardNet ❌ 待实现

即将推出

  • 更多基线模型(LoFTR、ASpanFormer、MatchFormer、SGMNet、DKM、RoMa)
  • 训练 SuperPoint 等深度检测器和描述符
  • IMC 评估
  • 更完善的文档

BibTeX 引用

如果你觉得本库对你有所帮助,请考虑引用以下论文:

@InProceedings{lindenberger_2023_lightglue,
  title     = {{LightGlue: 局部特征匹配极速方案}},
  author    = {Philipp Lindenberger 和
               Paul-Edouard Sarlin 和
               Marc Pollefeys},
  booktitle = {国际计算机视觉会议(ICCV)},
  year      = {2023}
}
@InProceedings{pautrat_suarez_2023_gluestick,
  title     = {{GlueStick: 通过点线粘连实现鲁棒图像匹配}},
  author    = {R{\'e}mi Pautrat* 和
               Iago Su{\'a}rez* 和
               Yifan Yu 和
               Marc Pollefeys 和
               Viktor Larsson},
  booktitle = {国际计算机视觉会议(ICCV)},
  year      = {2023}
}

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