RPN网络

Region Proposal Network

RPN的实现方式:在conv5-3的卷积feature map上用一个n*n的sliding window(论文中n=3)生成一个长度为256(ZF网络)或512(对应于VGG网络)维长度的全连接特征。然后再这个256维或512维的特征后产生两个分支的全连接层:

  • 1. reg-layer:用于预测proposal的中心锚点对应的proposal的坐标x,y和宽高w,h;
  • 2. cls-layer:用于判定该proposal是前景还是背景。sliding window的处理方式保证reg-layer和cls-layer关联了conv5-3的全部特征空间。事实上,作者用全连接层实现方式介绍RPN层实现容易帮助我们理解这一过程,但在实现时,作者选用了卷积层实现全连接层的功能。
  • 3. 个人理解:全连接层本来就是特殊的卷积层,如果产生256或512维的fc特征,事实上可以用Num_out=256或512,kernel_size=33,stride=1的卷积层实现conv5-3到第一个全连接特征的映射。然后再用两个Num_out分别为 29=18 和 49=36,kernel_size=11,stride=1的卷积层实现上一层特征到两个分支cls层和reg层的特征映射。
  • 4. attention:这里29中的2指cls层的分类结果包含前后背景两类,49的4表示一个Proposal的中心点坐标x,y和宽高w,h四个参数。采用卷积的方式实现全连接处理并不会减少参数的数量,但是使得输入的图像的尺寸可以更加灵活。在RPN网络中,需要重点理解其中的anchors概念,Loss functions计算方式和RPN层训练数据生成的具体细节。

  • Anchors: 锚点,位于之前提到的nn的sliding window的中心处。对于一个sliding window,我们可以同时预测多个proposal,假定有k个proposal,即k个reference boxes,每一个reference box又可以用一个scale,一个aspect_ratio和sliding window中的锚点唯一确定。所以,后面说一个anchor,就理解成一个anchor box 或 一个reference box。论文中定义k=9,即3种scales和3种aspect_ratio确定出当前sliding window 位置处对应的9个reference boxes,4k个reg-layer的输出和2k个cls-layer的score输出。对于一幅WH的feature map,对应WHk个锚点,所有的锚点都具有尺度不变性。

  • Loss functions
    在计算Loss值之前,作者设置了anchors的标定方法。正样本标定规则:
    1) 如果Anchor对应的refrence box 与 ground truth 的 IOU值最大,标记为正样本;
    2)如果Anchor对应的refrence box与ground truth的IoU>0.7,标定为正样本。事实上,采用第2个规则基本上可以找到足够的正样本,但是对于一些极端情况,例如所有的Anchor对应的reference box与groud truth的IoU不大于0.7,可以采用第一种规则生成.
    3)负样本标定规则:如果Anchor对应的reference box 与 ground truth的IoU<0.3,标记为负样本。
    4)剩下的既不是正样本也不是负样本,不用于最终训练。
    5)训练RPN的Loss是有classification loss(即softmax loss)和 regression loss(即L1 loss)按一定比重组成的。

计算softmax loss需要的是anchors对应的ground truth 标定结果和预测结果,计算regression loss需要三组信息:
i. 预测框,即RPN网络预测出的proposal的中心位置坐标x,y和宽高w,h;

ii. 锚点reference box:
之前的9个锚点对应9个不同scale和aspect_ratio的reference boxes,每一个reference boxes都有一个中心点位置坐标x_a,y_a和宽高w_a,h_a;

iii. ground truth:标定的框也对应一个中心点位置坐标x,y和宽高w,h.因此计算regression loss和总Loss方式如下:

  • RPN训练设置

(1)在训练RPN时,一个Mini-batch是由一幅图像中任意选取的256个proposal组成的,其中正负样本的比例为1:1.

(2)如果正样本不足128,则多用一些负样本以满足有256个Proposal可以用于训练,反之亦然.

(3)训练RPN时,与VGG共有的层参数可以直接拷贝经ImageNet训练得到的模型中的参数;剩下没有的层参数用标准差=0.01的高斯分布初始化.

原文地址:https://www.cnblogs.com/CodingML-1122/p/9043128.html