Faster_Rcnn误检解决方案---强制负样本策略

1.概述

误检是目标检测领域的一大难点，现有的检测算法都存在误检情况．
误检一般分成两类

１．固定特征的误检．误检对象与正样本存在相似的特征，如将集装箱误检为卡车．
２．没有规律的误检．这类误检没有什么特征可寻，具有一定的随意性，如将地面/天空误检为汽车．

对于第一类误检，我们经常采用的方法是将相应的负样本加入到训练数据集中；这一做法对于yolo系列的算法改善效果较明显【需要保证一定量的负样本】，但在实际应用中，我们发现：

通过添加负样本来优化误检问题这一策略对Rcnn系列的算法的改进效果并不明显

对于漏检问题，比如特定场景下的车辆或行人等，通过增加相应的样本数据同样能够实现较好的优化，而且这个策略对yolo系列和RCNN系列的算法都适应，即：

通过添加正样本来优化漏检问题这一策略对Rcnn系列的算法的改进效果较明显

×××说明：对于数据分布不均匀导致的明显漏检问题，添加样本能够起到较好的优化效果；但不是所有的漏检都能够通过增加样本来解决，如小目标问题、遮挡问题等，这些还是得从算法的角度进行优化；

继续我们关于rcnn误检的思考，总结起来有两个问题：

1. 为什么yolo加负样本好使而rcnn却反应不佳？？？？
2. 同样是加样本，为什么rcnn对漏检的改善效果明显，但对误检的改善却不行？？？

关于这两个问题，我从算法的角度进行了一些解读和理解【个人观点】，其主要原因还是在于两者对正负样本的处理有所区别；anchor_base系列的目标检测算法，如yolov3、faster_rcnn等，在正负样本的处理过程中都会涉及两个重要的步骤：

1. **assigner:**为每一个先验框[anchor]分配属性,即这个anchor是正样本、负样本还是忽略不计
2. **sampler:**采取某种策略［如随机采样］从分配好的正负样本中选出对应数量的正负样本进行训练

关于assigner和sampler的理解以及更多正负样本的匹配策略，可以参考目标检测之正负样本详解，此处不再展开；

首先关于为什么yolo加负样本好使而rcnn却反应不佳？
我们知道，yolo和faster_rcnn在模型训练过程中会生成很多的anchor，通过assigner这一步操作，这些anchor被分成了正样本、负样本或忽略不计的样本，在正负样本中，负样本的数量往往远远超过正样本的数量，因此我们会再通过sampler操作筛选出一点数量的负样本送到网络中进行训练和学习，也就是说并不是所有的负样本都会送到网络中学习；
图像中的误检目标实际是一个负样本，如果在训练过程中关于这个误检目标的负样本anchor并没有送到网络中，那网络自然也就学不到这个背景特征，而且负样本的数量往往很多，而送去学习的负样本却很少，所以如果采用随机抽样的方法进行选取，误检目标做为负样本被送进网络学习的概率很低；
在实际训练中，关于rpn参数的设置如下【可以自己调整】：

    rpn=dict(
        assigner=dict(
            type='MaxIoUAssigner', #采用的Assigner策略
            pos_iou_thr=0.7,
            neg_iou_thr=0.3,
            min_pos_iou=0.2,
            ignore_iof_thr=0.3),
        sampler=dict(
            type='RandomSampler',#采用的samplerc策略，此处为随机抽样
            num=256,  #送到网络学习的样本总数，包括正样本和负样本
            pos_fraction=0.5, #送去训练的正样本占实际样本的比例【一般达不到】
            neg_pos_ub=-1,
            add_gt_as_proposals=False),
        allowed_border=128,
        pos_weight=-1,
        debug=False),

class RandomSampler(BaseSampler):

    def __init__(self,
                 num,
                 pos_fraction,
                 neg_pos_ub=-1,
                 add_gt_as_proposals=True,
                 **kwargs):
        super(RandomSampler, self).__init__(num, pos_fraction, neg_pos_ub,
                                            add_gt_as_proposals)

    @staticmethod
    def random_choice(gallery, num):
        """Random select some elements from the gallery.

        It seems that Pytorch's implementation is slower than numpy so we use
        numpy to randperm the indices.
        """
        assert len(gallery) >= num
        if isinstance(gallery, list):
            gallery = np.array(gallery)