Deep CNNs with Spatially Weighted Pooling for Fine-Grained Car Recognition

  看到一篇新出的文章Vehicle classication using ResNets, localisation and spatially-weighted pooling，里面提到了一种新的池化方法spatially-weighted pooling，看名字觉得挺新奇的，但是没有具体解释具体的操作过程。然后，去搜索了一下关于这种方法，于是找到了Deep CNNs with Spatially Weighted Pooling for Fine-Grained Car Recognition。这篇文章是关于汽车的细粒度识别的问题。
  具体看一下spatially weighted pooling的操作方法。

一、SWP的结构

  从图形中，很容易看出，作者是把spatially weighted pooling接在了最后一个卷积层的后面。假设最后一个卷积层的输出结果用X表示， X的维度为：[H, W, D]，其中D代表通道数。
  swp层的参数是一个维度为[H, W, K]的矩阵，用M表示，将X传入swp层，其和矩阵M进行如下运算：

  上述公式中， x _i是一个维度为[1, 1, D]的矩阵， m _i是1x1的矩阵，上标k表示M的第k张feature map，求和表示 x _i需要首先遍历整个维度为[H, W]的feature map，然后对遍历的结果求和。
  那么，按照上述公式计算，返回的结果 p _k是一个维度为[1, 1, D]的矩阵，其中k和M矩阵的第k个通道对应。
  上述结果是X经过M矩阵的第k个通道的返回结果，那么swp层的输出结果为：

  返回值P是一个维度为[K, D]的二维矩阵。

二、SWP的反向传播

  假设X是swp层的输入，维度为：[ H, W, D ]；M是swp层的参数，维度为：[ H, W, K ] ；P为swp层的输出结果，维度为： [ K, D ]。dL/dp表示误差传播到P的梯度，那么：

  ps：（1）关于swp方法，其实和resnet里面的global average pooling (GAP) layer很像，只不过GAP用的是卷积，输出的是维度为[1, 1, K]的向量（按照本文的符号表示方法）。
  而swp层，是把M矩阵的每一个通道拿出来，分别和X的每一个通道进行卷积（当然，作者给的计算方法和卷积稍微有一点不同，卷积需要把矩阵进行旋转）。然后把得到的结果p_k进行concatenation。
  （2）看一下，作者给出的一些swp层的输出结果：

  上面的每一幅图片为X经过M的一个通道的输出结果，这和注意力模型也有点类似，只不过，注意力模型要求M的取值要在0到1之间。
  （3）虽然从（2）的结果来看，我们可以给它找一些合理的解释，比如类似注意力模型，可以对物体不同地方的细节进行关注（不知道这种结果对于其他的数据集也可以取得类似的效果）。但是，这样做的目的或者意义在哪里呢，仅仅是对GAP的结果进行叠加（concatenation）吗？