【深度學習】目標檢測網絡結構RCNN

算法分爲4個步驟:

1. 生成1k~2k個候選區域

        使用selective search方法,從一張圖像生成約2000~3000個候選區域:

                 (1)使用一種過分割手段,將圖像分割成小區域

                 (2)查看現有小區域,合併可能性最高的兩個區域,重複直到整張圖像合併成一個區域位置

                            優先合併以下四種區域:顏色(顏色直方圖)相近的,紋理(梯度直方圖)相近的,合併後總面積小的(保證合併操作較爲均勻,避免一個大區域陸續“吃掉”其他小區域),合併後總面積在其bbox中所佔比例大的(保證合併後形狀規則)。

                            上述四條規則只涉及區域的顏色直方圖、紋理直方圖、面積和位置,合併後的區域特徵可以直接由子區域特徵計算而來,速度較快。

                 (3)輸出所有曾經存在過的區域,所謂候選區域 

                            爲了儘可能不遺漏候選區域,上述才做在多個顏色空間中同時進行(RGB,HSV,Lab等)。在一個顏色空間中,使用上述四條規則的不同組合進行合併。所有顏色空間與所有規則的全部結果,在去除重複後,都作爲候選區域輸出。

         候選區域生成和後續步驟相對獨立,實際可以使用任意算法進行。

2. 對每個候選區域,使用深度網絡提取特徵

        預處理:使用深度網絡提取特徵之前,首先把候選區域歸一化成同一尺寸227*227。此處有一些細節可做變化:外擴的尺寸大小,形變時是否保持原比例,對框外區域直接截取還是補灰。會輕微影響性能。

        網絡預訓練:借鑑hinton 2012年在image net上的分類網絡,略作簡化。提取特徵4096維,之後送入4096->1000的全連接層進行分類,學習率0.01。【訓練數據:使用ilvcr 2012的全部數據進行訓練,輸入一張圖片,輸出1000維的類別標號】

        網絡調優訓練:同樣適用上述網絡,最後一層換成4096->21的全連接網絡。學習率0.001,每一個batch包含32個正樣本(屬於)和96個背景(負樣本)(提前設計好的)【訓練數據 :使用PASCAL VOC 2007的訓練集,輸入一張圖片,輸出21維的類別標號,表示20類+背景。 考察一個候選框和當前圖像上所有標定框(gt)重疊面積最大的一個。如果重疊比例大於0.5,則認爲此候選框爲此標定的類別;否則認爲此候選框爲背景。】

3. 特徵送入每一類的svm分類器,判別是否屬於該類

        對每一類目標,使用一個線性svm二類分類器進行判別。輸入爲深度網絡輸出的4096維特徵,輸出是否屬於此類。由於負樣本很多,使用hard negative mining(hard negative 就是每次把那些頑固的棘手的錯誤, 再送回去繼續練, 練到你的成績不再提升爲止. 這一個過程就叫做'hard negative mining')方法。

        正樣本:本類的真值標定框(gt+選出的框,也有很多)。 
        負樣本:考察每一個候選框,如果和本類所有標定框的重疊都小於0.3,認定其爲負樣本。

        使用nms算法選出最終確定的幾個框,如果兩個框重疊很大,選出其中置信度高的框。

4. 使用迴歸器精細修正候選框位置

        該步驟不改變最終框的數量,只改變大小形狀等。

        目標檢測問題的衡量標準是重疊面積:許多看似準確的檢測結果,往往因爲候選框不夠準確,重疊面積很小。故需要一個位置精修步驟。 
        迴歸器:對每一類目標,使用一個線性脊迴歸器(在線性迴歸問題中,如果在迴歸模型後面增加L2範數的懲罰項,則爲脊迴歸;如果增加L1範數的懲罰項,則爲套索迴歸,參考:https://blog.csdn.net/aoulun/article/details/78688572)進行精修(並不能懂精修的過程,一種迴歸算法?)。正則項λ=10000λ=10000。 輸入爲深度網絡pool5層的4096維特徵,輸出爲xy方向的縮放和平移。 
        訓練樣本:判定爲本類的候選框中,和真值重疊面積大於0.6的候選框(使用框出的部分來訓練嗎?)

 

訓練過程和測試過程是完全分開的。cnn網絡和svm分類器等全都是根據train集訓練好的。測試時輸入圖片,輸出框即可。

 

本文參考:https://blog.csdn.net/shenxiaolu1984/article/details/51066975

推薦參考(更詳細):https://www.cnblogs.com/zyber/p/6672144.html

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