目标检测--Fast R-CNN讲解

参考：https://blog.csdn.net/WoPawn/article/details/52463853

1 R-CNN的主要问题

• 1.CNN对selective search推荐的每一个区域进行一次特征提取，需要对一张图片进行1k-2k的特征提取，非常耗时。
• 2.目标分类需要根据一个单独训练的SVM，耗时。
• 3.需要对proposa直接进行resize提取特征，会造成拉伸变形。

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2 Fast R-CNN过程

Fast R-CNN依然使用selective search生成推荐框，但只对原始图像提取一次特征，将推荐框的坐标映射到特征图上，根据ROI Pooling将ROI转换成相同的尺寸（7*7）后接全连接层，再接两个全连接层，分别进行分类与回归。
具体过程如下：
1.任意size图片输入CNN网络，经过若干卷积层与池化层，得到特征图；

2.在任意size图片上采用selective search算法提取约2k个建议框；

3.根据原图中建议框到特征图映射关系，在特征图中找到每个建议框对应的特征框，并在RoI池化层中将每个特征框池化到H×W【VGG-16网络是7×7】的size；

4.固定H×W【VGG-16网络是7×7】大小的特征框经过全连接层得到固定大小的特征向量；

5.第4步所得特征向量经由各自的全连接层【由SVD分解实现】，分别得到两个输出向量：一个是softmax的分类得分，一个是Bounding-box窗口回归；

6.利用窗口得分分别对每一类物体进行非极大值抑制剔除重叠建议框，最终得到每个类别中回归修正后的得分最高的窗口。

3.细节

3.1 ROI Pooling实现
首先假设建议框对应特征图中的特征框大小为h×w，将其划分H×W个子窗口，每个子窗口大小为h/H×w/W，然后对每个子窗口采用max pooling下采样操作，每个子窗口只取一个最大值，则特征框最终池化为H×W的size。
例如推荐框在feature map上的尺寸为1414，将其划分为77个子窗口，每个窗口使用maxpooling,变为一个数字，最终变为7*7个feature.
3.2 尺度处理
文中提及两种方式处理：brute-force（单一尺度）和image pyramids（多尺度）。单一尺度直接在训练和测试阶段将image定死为某种scale，直接输入网络训练就好，然后期望网络自己能够学习到scale-invariance的表达；多尺度在训练阶段随机从图像金字塔【缩放图片的scale得到，相当于扩充数据集】中采样训练，测试阶段将图像缩放为金字塔中最为相似的尺寸进行测试。多尺度性能更佳，但单尺度在保证测试时间的前提下，精度下降不多。
3.3 多任务训练
R-CNN中是单独训练的。Fast R-CNN将分类与回归在一个损失函数进行训练，后续的Faster R-CNN也沿用了。

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