Paper Reading：Regional Multi-person Pose Estimation

　　这是上海交大的一篇文章，他们的项目主页在RMPE: Regional Multi-person Pose Estimation

　　这篇文章的主要目标是解决在野生图片下的多人姿态估计问题，因为人体的识别要忍受来自定位和识别的双重误差，这会导致很多基于CNN的识别算法无能为力。这篇文章使用了symmetric spatial transformer network (SSTN)、deep proposals generator (DPG) 、parametric pose nonmaximum suppression (NMS).三个技术来解决这一问题。
　　
　　首先作者对现有的姿态估计的算法进行了评（吐）价（槽）：单人姿态估计的方法不能用在多人上面，而多人姿态估计方法虽然效果不错，但是太慢了（485 seconds per image）。然后作者在下面提出了自己的模型。

整体模型

　　整体的模型如下图所示

　　这是一个类似于r-cnn的模型，整个过程分为了2步。
　　1、首先用一个human detector来提取建议框（human proposal），在这里作者选取了SSD（Single Shot MultiBox Detector. In ECCV, 2016）作为他们的human detector。
这里作者加了一句：今年来human detector虽然有很大的进步，但是得到的大部分人体建议框还是不能达到作为SPPE（single person pose estimation）输入的标准。所以需要SEEP有一定的鲁棒性来解决这一问题，后面会提到针对这一问题的解决方案。
　　2、将上一步提取到的人体建议框输入到一个”Symmetric STN + SPPE” 结构中去，来完成每个输入建议框的姿态估计。

详细介绍

　　”Symmetric STN + SPPE” 模型入下图
　　
　　如图所示，整体的 ” Symmetric STN + SPPE” 是由一个 STN网络+一个SPPE网络+一个反向的STN网络 组成。

　　这个模型的识别过程主要如下（关于STN在前一篇的博客中讲到了，这里使用了一个反向的STN，推导过程原文中也已经给出，就不详细推导）
　　1、首先将上一步得出的human proposal在长宽方向上个延迟20%，以确保可以把人完整的框起来。而且经过验证，这样确实可以把大部分的人整个框起来。
　　2、然后经过一个STN网络将延伸过的图像进行仿射变换，可以生成一个比较精确的、适合作为SPPE输入
　　3、把SPPE的输出经过与前边相反的STN变换，将坐标变换回原来的坐标系，完成整个的识别过程。

Parallel SPPE

　　为了进一步加强STN提取单个的人物形象，作者提出了Parallel SPPE，其结构入下图

　　
　　将之前的”Symmetric STN + SPPE” 结构做了修改，保持前边的STN不动，将后面的”SPPE+SDTN”分成了2条支路，上边的支路还是原来的”SPPE+SDTN”，下边的支路是一个单纯的SPPE，并且将他的label设置为single person pose。训练时使用2条支路输出的总误差来训练网络，在测试时将下面的 Parallel SPPE丢掉，只使用Symmetric STN进行前向传播。

Deep Proposals Generator

数据增强

　　symmetric STN + SPPE应该用human detector产生的人体建议框充分训练，不然测试时就不是很准确。然而通过human detector每张图片只能产生20~30张人体建议框，这是远远不够的。所以需要适当的数据增强。
　　
　　这里训练了一个网络（如图），输入是一个建议框（框内是白色，框外是黑色）和一个标注的姿态的图片，输出是这个建议框的分数。之后随机生成大量的建议框，输入到该网络，然后选取高于阈值的分数的框作为下一阶段的输入。

Parametric Pose NMS

　　最后网络的输出的结果中，不可避免的会出现冗余，所以我们要通过非极大值抑制（NMS）来消除这些冗余。
　　我们假设$P_{ｉ}$为网络输出的pose，它包含m个joints，分别为{ <k1i,c1i>,<k2i,c2i>...<kmi,cmi> <script type="math/tex" id="MathJax-Element-3063"> , ... </script>}，其中 $k_i^j$为第j个joint的位置， $c_i^j$第j个joint的得分。
　　
　　这里定义了一个淘汰标准：
　　　　　 $f(P_i,P_j|Λ,η) = d(P_i,P_j|Λ,λ) ≤ η$
　　当 $d(.)$小于阈值 η时，判定 $P_i$相对于 $P_j$应该被删除。
　
　　这里的判定标准定义为：
　　　　 $d(P_i,P_j|Λ) = K_{sim} (Pi,Pj|σ_1)+λH_{sim}(Pi,Pj|σ_2)$
　　　　
　　其中的 $K_{sim}$和 $H_{sim}$分别如下。

　　　　
　　上式中的$B(k_i^n)$是指一个中心在$k_i^n$的框，大小为0.1倍的整个人体的size。tanh 操作过滤掉了大部分低置信度的joint。如果2个joint的confidence都比较高，则输出接近于1。

　　　　
　　这个就主要是2个joint之间的举例度量了，若离得比较近则输出较小，更容易判定为同一个pose。

　　上面式子中的$σ_1、σ_2、λ、η$全都是试出来的。