FoveaBox:目标检测新纪元,无Anchor时代来临!

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目标检测的任务是“分类”并从图像中“定位”出物体,但长久以来,该领域的工作大多是这样:生成可能包含目标的区域,然后在该区域提取特征并分类。

显然,人眼并不是这样工作的。

人眼可以直接定位出物体,也就是对人眼来说发现目标的过程,定位和分类是一体的。

现代深度学习的方法,代表性的包括二阶段的Faster R-CNN和一阶段的SSD、RetinaNet等,使用在特定尺度图像中预先定义大量的目标框(Anchors)的方法,降低了计算量。但这也带来了超参数增加、人为调参过拟合评测数据集、前后景目标类别不平衡等问题。

但很有意思的是,近半年来,尤其以CornerNet的出现为代表,越来越多的工作开始尝试摆脱Anchors的设计,52CV曾报道过:

ECCV18 Oral | CornerNet目标检测开启预测“边界框”到预测“点对”的新思路

Grid R-CNN解读:商汤最新目标检测算法

CVPR 2019 行人检测新思路:高级语义特征检测取得精度新突破

CV君相信,无Anchor的目标检测已经悄然成为该领域的重要发展方向。

今天跟大家分享的FoveaBox则是该方向最新的成果(昨天刚刚传到arXiv),针对的是通用目标检测领域,算法方案简单,结果达到state-of-the-art,代码亦将开源,方便后续其他学者跟进,发展空间极大。

深度神经网络可以自己回归出目标包围框,Anchor并非必要,目标检测“可能”要就此进入新纪元了!

下面是论文《FoveaBox: Beyond Anchor-based Object Detector》的作者信息:

作者分类来自清华大学、北京国家信息科技研究中心、字节跳动AI实验室、宾夕法尼亚大学。

感谢~

下图为无Anchor的FoveaBox算法与RetinaNet在COCO数据集上的结果比较,RetinaNet通过改变anchors个数,精度有变化,但FoveaBox更胜一筹。

算法思想

FoveaBox的动机来自人眼的中央凹:视野中心(物体)具有最高的视力。

(物体的位置信息能够从中心反应出来——CV君的理解)

下图展示了FoveaBox目标检测的基本思想,对于可能存在目标的每个输出空间位置,FoveaBox直接预测所有目标类别存在的置信度和边界框。

FoveaBox是在RetinaNet目标检测网络基础上做的改进,我们先来看看RetinaNet的网络架构。

如下图,RetinaNet利用了特征金字塔网络检测目标,对于金字塔的每一层,都后接class + box 子网络。最右侧上半部分为class子网络,下半部分为box子网络。

下图是FoveaBox网络的改进,class 子网络计算的是每个输出位置分别存在不同类别目标的置信度,box子网络则是直接计算每个输出位置的与类别无关的目标包围框(左上和右下顶点坐标)。

在论文第三部分从骨干网、训练时目标的尺度分配、训练时目标位置信息内陷、box 预测、网络优化和推断等详细说明了训练和推断的细节。

实验结果

作者首先研究了,FoveaBox算法与RetinaNet在变化anchor密度、目标宽高比后的精度结果,如下图(a)(b),FoveaBox比RetinaNet的最好结果还好。

因为FoveaBox具有自己生成候选目标区域的能力,作者将其与RPN网络相比较,下图(c),发现其生成的目标候选框比RPN的质量更高!

下面表格展示了,FoveaBox与目前两阶段和一阶段state-of-the-art目标检测算法在COCO数据集上检测结果比较,FoveaBox取得了几乎最好的结果,仅三个指标略低于Cascade R-CNN,但作者称许多高级目标检测技巧,FoveaBox还没有使用,后续还有提高的潜力。

下图为FoveaBox与RetinaNet的检测结果示例,可见在宽高比变化较大的目标上,FoveaBox取得了更好的结果。

论文地址:

https://arxiv.org/pdf/1904.03797v1.pdf

作者称代码将开源,还未公布地址。

原文发布于微信公众号 - OpenCV学堂(CVSCHOOL)

原文发表时间:2019-04-13

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