深度学习系列之SSD(Single Shot MultiBox Detector) 个人总结

1. Introduction

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SSD模型在保证精度的前提下，速度还特别快，可以做到real time。其中原因在于ssd消除了object proposal这个环节。Faster R-CNN是先利用RPN产生object proposal，然后对proposal进行分类和回归，所以速度没有ssd快。

ssd进行检测的方法是利用卷积后的多个不同尺度的feature map，每个feature map使用固定尺度(不同feature map使用的尺度不同)但不同aspect ratio的anchor。利用这些anchor来进行分类和回归，且这里的分类并不是faster r-cnn的二分类，而是最终的分类。因此，ssd更快。

*另有一个备注：文章中的default box可以理解为faster r-cnn中的anchor

2. SSD

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2.1 model
(1) 利用多尺度feature map进行检测，这里的多尺度不是人为缩放的，而是取自不同卷积层的feature map。如图，后面的每个feature map都直接连上了分类器。

(2) 在feature map的每个位置，有k个anchor(本文是6个)。每个anchor产生C类分数+4个位置偏移量。**这些值是有3x3的不同的小卷积核产生的。**一个卷积和产生一个值。所以每个位置需要(C+4)*k个卷积核。

(3) 对于一张m x n的feature map，需要(C+4)k个卷积核，产生(C+4)kmn个输出。但是一张feature map的参数量为(33channel)k(C+4)。 我们有6个feature map，那么需要训练的参数量是很大的。这就是为什么ssd在训练的时候真的很慢而且很吃显存。

这种方法可以有效覆盖image上不同尺度的物体，如图：

2.2 Training

匹配策略：匹配与GT的IoU(文中的jaccard index杰卡德系数也即IoU)大于0.5的anchor。

loss function：= 置信损失(softmax loss) + 位置损失(smooth L1)
具体公式就不写了。

另外，我们前面提到，feature map上的每个位置都会产生k个anchor。本文采用的是6个。

m表示feature map的数量。k是feature map的索引。Smin是最小的scale，Smax是最大的scale。 Sk表示当前feature map采用的scale。

尺度解决了，还有aspect ratio，ar={1,2,3,1/2,1/3}。
anchor的宽Wk = Sk * sqrt(ar),
anchor的高Hk = Sk / sqrt(ar).
对于ar=1时，另外增加一个尺度Sk(extra) = sqrt(Sk * S(k+1))
如此一来，每个位置，产生6个anchor。

hard negtive mining：将false postive存起来(也就是得分高的负样本存起来)，用作训练时用的负样本。因为false postive的loss值很大，这样才能使权重得到较好的更新。如果负样本中全是易区分的负样本，则网络学不到有用的东西，权重也无法得到较好的更新。

3. 评价

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ssd很6，但对于小物体的检测比较渣。
因为ssd对图像进行了缩放(300x300;512x512)，小物体本身就小，一缩放更小，再一卷积池化，信息几乎快丢失了。
而faster R-CNN虽然也对图像进行了resize，但只是将最短边缩放到了600，信息比ssd丰富。所以faster r-cnn对小物体检测比ssd好。

文中提到的改进：
(1)将300x300改成512x512，并且证明确实得到了改善。
(2)random crop，对图像进行随机切割。
(3)对anchor使用更小的尺度和其他不同的宽高比。我觉得可以把尺度降低。