检测论文综述（三）：SSD

2018-09-09 本文已影响0人 Junr_0926

1. 前言

这两天公司进行了一次拓展活动，个人本身并不是特别喜欢集体活动，但是活动本身还蛮有趣。
关于深度学习，由于最近读了很多经典论文，也有一点感想。其实我们可以将神经网络看做一个函数拟合器，那么不同方向的应用就可以看做一种特征工程，分类问题，我们可以用表示类别的特征，检测问题，我们可以用框和类别。那么，对于这些特征的设计，就会决定网络的性能和应用方向。

2. SSD: Single Shot MultiBox Detector

在论文中，作者认为贡献如下：

提出了SSD： $single-shot detector$ ，用于多类别的目标检测
在feature maps上使用小的filters来进行类别预测和框的偏置
通过不同scale的feature map，来预测不同scale的物体
end-to-end

模型结构如下图：

SSD

2.1 模型

model

SSD利用了不同尺度的特征，从上图模型结构中可以看到，从不同深度的卷积层中提取特征用于预测。因为卷积层的感受野会不断增大。
每一个卷积层都可以预测一组特征，例如对于一个 $m * n$ ，拥有 $p$ 个通道的特征层，我们可以使用一个 $3*3*p$ 的卷积核，来或者产生类别得分，或者相对于默认框的偏置。
作者在用于预测的每一个特征层，都设定了一组默认框。对于特征层每一个输出都会根据 $k$ 个默认框，预测 $4$ 个偏置值， $c$ 个类别的得分。如图1

2.2 训练

匹配策略：在训练的时候，需要选择出用于预测框和类别的那个默认框，这样在反向传播的时候设置该默认框的target为对应的ground truth。作者的策略是：jaccard overlap，当框和ground truth的该值大于一个阈值时，就让对应的默认框负责预测。对于某个物体，得到的匹配的默认框可能不是一个。
作者将 $loss$ 分为：定位loss(localization loss)，分类loss(confidence loss)。如下；
loss
$N$ 是匹配的默认框的个数， $L{los}$ 定位loss是groundtruth和预测的框 $l$ 的 $L1$ loss。具体如下：
loc loss
分类的loss是softmax，如下：
co loss

3. Single-Shot Refinement Neural Network for Object Detection

在论文中作者认为二阶段（如RCNN系列，需要先进行候选框的选择，再进行分类和框的精修）的检测效果，精度比一阶段（如YOLO，SSD，一次输出类别得分和框）的好的原因：

类别不平衡问题小
对框进行回归
分别使用两个阶段的特征进行预测（作为物体的描述）

为了提高一阶段模型的精度，作者使用了两个交叉连接的模块：anchor refinement module(ARM)和objection detection module(ODM)。如下图：

RefineDet
其中，ARM用于：

辨别并去除negative anchor来减少search space。
更加细致地调整anchor的位置和大小
ODM将refined anchor作为输入来进一步提高回归和分类效果。作者还设计了transfer connection block(TCB)，来实现ARM的特征，到ODM的预测位置，大小，类别的转换。

3.1 网络结构

类似于SSD，RefineDet使用了前向神经网络来同时预测框和类别得分，最终进行非极大值抑制得到最终结果。
ARM：使用VGG或者ResNet作为基础网络，去掉分类层，另外增加一些辅助结构。
ODM：由TCB的输出组成，来产生一组类别的得分和相对于refined anchor框的偏置。
RefineDet的核心：

TCB：将ARM的特征转换到ODM中用于检测
两个级联的回归，提高位置和大小精度
过滤掉了negative anchor

Transfer Connection Block：如下图：

TCB
TCB用于将ARM的不同层转换为ODM需要的格式，这样使得ODM可以和ARM共享参数。TCB的另一个作用是通过增加一层特征，来整合large-scale context。为了匹配格式，作者使用deconv，来增大特征，并element-wise sum。
Two-Step Cascaded Regression：之前的一阶段的检测，都是使用多尺度的卷积特征来预测物体的位置和大小，这种方式在某些难度较大的问题中，精度较低，尤其是小物体。因此，作者设计两部级联的回归方法来对位置和大小进行回归预测。首先，使用ARM来调整anchors的位置和大小，来为ODM提供一个更好的初始化。在每一个feature map的cell上指定

loss
optimization：SGD, momentum=0.9, weight decay=0.0005, learning rate=0.001, batch size=32