rcnn

参考：http://blog.youkuaiyun.com/shenxiaolu1984/article/details/51066975

RCNN算法分为4个步骤 :

1、一张图像生成1K~2K个候选区域 

2、对每个候选区域，使用深度网络提取特征 

3、特征送入每一类的SVM 分类器，判别是否属于该类 

4、使用回归器精细修正候选框位置 

1、一张图像生成1K~2K个候选区域 

使用了Selective Search方法从一张图像生成约2000-3000个候选区域。基本思路如下： 
- 使用一种过分割手段，将图像分割成小区域 
- 查看现有小区域，合并可能性最高的两个区域。重复直到整张图像合并成一个区域位置 
- 输出所有曾经存在过的区域，所谓候选区域

候选区域生成和后续步骤相对独立，实际可以使用任意算法进行。

合并规则：

优先合并以下四种区域： 
- 颜色（颜色直方图）相近的 
- 纹理（梯度直方图）相近的 
- 合并后总面积小的 
- 合并后，总面积在其BBOX中所占比例大的

第三条，保证合并操作的尺度较为均匀，避免一个大区域陆续“吃掉”其他小区域。

例：设有区域a-b-c-d-e-f-g-h。较好的合并方式是：ab-cd-ef-gh -> abcd-efgh -> abcdefgh。 
不好的合并方法是：ab-c-d-e-f-g-h ->abcd-e-f-g-h ->abcdef-gh -> abcdefgh。

第四条，保证合并后形状规则。

例：左图适于合并，右图不适于合并。 

上述四条规则只涉及区域的颜色直方图、纹理直方图、面积和位置。合并后的区域特征可以直接由子区域特征计算而来，速度较快。

2、对每个候选区域，使用深度网络提取特征 

1）预处理

使用深度网络提取特征之前，首先把候选区域归一化成同一尺寸227×227。 
此处有一些细节可做变化：外扩的尺寸大小，形变时是否保持原比例，对框外区域直接截取还是补灰。会轻微影响性能。

2）预训练

网络结构 
基本借鉴Hinton 2012年在Image Net上的分类网络2，略作简化3。 
 
此网络提取的特征为4096维，之后送入一个4096->1000的全连接(fc)层进行分类。 
学习率0.01。

训练数据 
使用ILVCR 2012的全部数据进行训练，输入一张图片，输出1000维的类别标号。

3）调优训练

网络结构 
同样使用上述网络，最后一层换成4096->21的全连接网络。 
学习率0.001，每一个batch包含32个正样本（属于20类）和96个背景。

4）训练数据 
使用PASCAL VOC 2007的训练集，输入一张图片，输出21维的类别标号，表示20类+背景。 
考察一个候选框和当前图像上所有标定框重叠面积最大的一个。如果重叠比例大于0.5，则认为此候选框为此标定的类别；否则认为此候选框为背景。

3、特征送入每一类的SVM 分类器，判别是否属于该类 

分类器 
对每一类目标，使用一个线性SVM二类分类器进行判别。输入为深度网络输出的4096维特征，输出是否属于此类。 
由于负样本很多，使用hard negative mining方法。 
正样本 
本类的真值标定框。 
负样本 
考察每一个候选框，如果和本类所有标定框的重叠都小于0.3，认定其为负样本

4、使用回归器精细修正候选框位置 

目标检测问题的衡量标准是重叠面积：许多看似准确的检测结果，往往因为候选框不够准确，重叠面积很小。故需要一个位置精修步骤。 
回归器 
对每一类目标，使用一个线性脊回归器进行精修。正则项 λ=10000 。 
输入为深度网络pool5层的4096维特征，输出为xy方向的缩放和平移。 
训练样本 
判定为本类的候选框中，和真值重叠面积大于0.6的候选框。

5、结果

论文发表的2014年，DPM已经进入瓶颈期，即使使用复杂的特征和结构得到的提升也十分有限。本文将深度学习引入检测领域，一举将PASCAL VOC上的检测率从35.1%提升到53.7%。 
本文的前两个步骤（候选区域提取+特征提取）与待检测类别无关，可以在不同类之间共用。这两步在GPU上约需13秒。 
同时检测多类时，需要倍增的只有后两步骤（判别+精修），都是简单的线性运算，速度很快。这两步对于100K类别只需10秒。

以本论文为基础，后续的fast RCNN4（参看这篇博客）和faster RCNN5（参看这篇博客）在速度上有突飞猛进的发展，基本解决了PASCAL VOC上的目标检测问题。