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关于算法:CenterNetCornerCenter三元关键点检测性能全面提升-ICCV-2019

jiezi

为了解决 CornerNet 不足指标外部信息的问题，提出了 CenterNet 应用三元组进行指标检测，蕴含一个核心关键点和两个角点。从试验后果来看，CenterNet 绝对于 CornerNet 只减少了大量推理时延，但带来了将近 5 个点的 AP 晋升
 
起源：晓飞的算法工程笔记 公众号

论文: CenterNet: Keypoint Triplets for Object Detection

  • 论文地址：https://arxiv.org/abs/1904.08189
  • 论文代码：https://github.com/Duankaiwen/CenterNet

Introduction

  CornerNet 将目前罕用的 anchor-based 指标检测转换为 keypoint-based 指标检测，应用角点对示意每个指标，CornerNet 次要关注指标的边界信息，不足对指标外部信息的获取，很容易造成误检，如图 1 所示。为了解决这个问题，论文提出 CenterNet，在角点对的根底上退出核心关键点组成三元组进行检测，既能捕获指标的边界信息也能兼顾指标的外部信息。另外，为了更好地提取特色，论文还提出了 center pooling 和 cascade corner pooling，别离用于更好地提取核心关键点和角点。

Baseline and Motivation

  CenterNet 以 CornerNet 为根底，为了检测角点，CornerNet 别离预测左上角点和右下角点的热图。另外，为每个角点预测了 embedding 向量和偏移值，雷同指标的角点的 embedding 向量间隔会十分小，偏移值则是对角点进行小范畴调整。最初别离抉择 top- k 个左上角点和 top- k 个右下角点，依据 embedding 向量间隔进行配对，预测框置信度为角点对的置信度均值。

  论文对 CornerNet 的误检率进行了剖析，如表 1 所示，大部分的误检集中在低 IoU 区域，有 32.7% 的预测后果与 GT 的 IoU 低于 0.05，而小指标的误检率高达 60.3%，可能的起因是 CornerNet 无奈感知指标外部的信息，这个问题能够通过 ROI 池化二次分类来补救，然而计算耗费很大。于是，论文提出高效的代替计划 CenterNet，在 CornerNet 的角点对上再退出一个指标外部点组成三元组，以最低的老本捕获指标的外部信息。

Object Detection as Keypoint Triplets

  CenterNet 的整体构造如图 2 所示，将每个指标示意为核心关键点和角点对。在 CornerNet 的根底上减少一个核心关键点的热图输入，先按 CornerNet 的办法获取 top- k 个预测框，而后应用核心关键点对预测框进行过滤和排序：

  1. 依据分数抉择 top- k 个核心关键点
  2. 联合对应的偏移值将核心关键点映射到输出图片
  3. 定义每个预测框的核心区域，查看核心区域是否蕴含核心关键点
  4. 如果核心区域蕴含核心关键点，保留该预测框，将分数替换为三个关键点的分数均值。如果核心区域不蕴含核心关键点，则去除该预测框。

  核心区域的大小对检测后果有间接的影响，区域过小会导致小指标召回率低，而区域过大则会导致大指标准确率低。为此，论文提出了尺寸可知 (scale-aware) 的核心区域，可能依据预测框的大小进行调整。定义 $tl_x$ 和 $tl_y$ 为预测框的左上角点坐标，$br_x$ 和 $br_y$ 为预测框的右下角点坐标，$ctl_x$ 和 $ctl_y$ 为核心区域的左上角点坐标，$cbr_x$ 和 $cbr_y$ 别离为右下角点的坐标，四个点应满足以下关系：

  $n$ 为奇数，决定核心区域的尺寸大小，论文对于尺寸小于 150 和大于 150 的预测框别离将 $n$ 设为 3 和 5。

  图 3 展现了 $n=3$ 和 $n=5$ 的核心区域，依据公式 1 计算尺寸可知的核心区域，而后查看核心区域是否蕴含核心关键点。

Enriching Center and Corner Information

Center pooling

  通常，指标的几何核心不肯定蕴含重要的分辨信息，比方人最有辨识度的中央在头部，而几何核心却在人体的两头。为了解决这个问题，论文提出核心池化来提取更丰盛的可辨认信息。

  如图 a 所示，骨干网络输入特色图后，在判断核心关键点时，取特色图程度方向和垂直方向的最大值之和作为分数，这样可能很好地帮忙核心关键点的检测。

Cascade corner pooling

  因为角点通常在指标之外，短少指标的相干信息，CornerNet 应用 corner pooling 来解决这个问题，如图 b 所示，取边界方向的最大值作为分数，但这会导致角点过于关注边界信息。

  为了解决这个问题，须要让角点可能关注指标的外部，cascade corner pooling 如图 c 所示，首先在边界方向找到最大值，而后在边界最大值处向内找到外部最大值，将两个最大值相加作为分数输入，这样角点可能同时关注边界信息和指标信息。

  Center pooling 和 cascade corner polling 可通过组合不同方向的 corner pooling 进行简略实现，如图 5 所示。须要留神，图 5b 为 cascade top corner pooling 模块，只输入左上角点在 top 方向值，还要加上 cascade left corner pooling 输入的 left 方向值。cascade left corner pooling 的构造跟图 5b 相似，只是替换 Top pooling 和 Left pooling 的地位。

Training and Inference

Training

  CenterNet 的输出分辨率为 $511\times 511$，最初的热图大小为 $128\times 128$，残缺的网络损失函数为：

  $L^{co}_{det}$ 和 $L^{ce}_{det}$ 为 focal loss，用来训练网络检测角点和核心关键点，$L^{co}_{pull}$ 和 $L^{co}_{push}$ 为角点 pull 损失和 push 损失，用来最大化和最小化 embedding 向量的间隔，$L^{co}_{off}$ 和 $L^{ce}_{off}$ 为 L1 损失，用来调整角点和中心点的偏移值。

Inference

  测试时同时应用原图和程度翻转图片，每个图别离保留 70 个核心关键点、左上角点和右上关键点来预测，最初综合两个图片的后果进行 Soft-nms 输入。

Experiments

  与 SOTA 指标检测办法比照。

  与 CornerNet 的错误率优化比照。

  比照试验。

CONCLUSION

  为了解决 CornerNet 不足指标外部信息的问题，CenterNet 应用三元组进行指标检测，蕴含一个核心关键点和两个角点。从试验后果来看，CenterNet 绝对于 CornerNet 只减少了大量推理时延，但带来了将近 5 个点的 AP 晋升。

 
 
 

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