【转】ENet:一种用于实时语义分割的深度神经网络结构

本文为转载，原文链接：https://blog.csdn.net/tuzixini/article/details/78817665

论文原文：ENet:A Deep Neural Network Architecture for Real-Time Semantic Segmentation

论文翻译：http://hellodfan.com/2018/01/02/%E8%AF%AD%E4%B9%89%E5%88%86%E5%89%B2%E8%AE%BA%E6%96%87-ENet/

ENet 笔记

关键点

• bottleneck
• BN + PRelU
• Spatial Dropout
• 只有 weights，无 bias

一、背景

许多移动应用需要实时语义分割模型。深度神经网络需要大量的浮点运算，导致运行时间长，从而降低了时效性。ENet，相比于 SegNet，在速度块，浮点计算量少，参数少，且有相似的精度。

二、网络结构

整体架构

• initial：初始化模块，可大大减少输入的尺寸；
• Stage 1：encoder 阶段。包括 5 个 bottleneck，第一个 bottleneck 做下采样，后面 4 个重复的 bottleneck；
• Stage 2-3：encoder 阶段。stage2 的 bottleneck2.0 做了下采样，后面有时加空洞卷积，或分解卷积。stage3 没有下采样，其他都一样；
• Stage 4~5：属于 decoder 阶段；

初始化模块

• Conv：3x3，stride 2，num 13
• Maxpooling：2x2，stride 2，num 3

将两边结果 concat 一起，合并成 16 通道，这样可以上来显著减少存储空间。

bottleneck 模块

bottleneck 模块，基于 ResNet 思想。

1. 基本的 bottleneck

   • 第一个 1x1 卷积实现降维；
   • 第二个 1x1 卷积实现升维；
   • 使用 PReLU 激活函数，ReLU 降低了模型精度（网络层数较少）；
   • drop 防止过拟合；
   • 元素级加法融合；

2. 下采样的 bottleneck

   • 2x2 conv 利于信息的保留
   • 2x2 pool 降采样提取上下文信息，保存 pooling indices；
   • 1x1 卷积升维

3. 上采样的 bottleneck

   • upsample 采用的是 SegNet 的方法进行上采样，结合下采样中的 pooling indices；

网络细节

• 网络的初始层不应该直接面向分类做贡献，而且尽可能的提取输入的特征。
• Encoder 阶段 Feature map 8 倍下采样；
• Encoder 和 Decoder 不是镜像对称的，网络的大部分实现 Encoder，较少部分实现 Decoder。Encoder 主要进行信息处理和过滤，而 Decoder 上采样编码器的输出，并进行细节微调；
• 整个网络中没有使用 bias，只有 weights。这样可减少内核调用和内存操作，因为 cuDNN 会使用单独的内核进行卷积和 bias 相加。这种方式对准确性没有任何影响；
• 在最后一个（5.0）上采样模块中不使用池化索引，因为输入图片的通道为3，而输出通道数为类别数;
• 网络的最后一个模块是一个裸完全卷积，它占据了处理解码器的大部分时间;
• Spatial Dropout：bottleneck 2.0 之前 p=0.01，之后 p=0.1；

三、训练策略

• 优化器：Adam
• 两阶段训练策略：第一步只训练encoder，对输入做分类；再附加decoder训练
• 学习率：5e-4
• L2权重衰减：2e-4
• batch_size：10
• 使用自定义类别权重(a custom class weighing scheme)： $\omega_{class}= \frac{1}{\ln\left(c+p_{class}\right)}$
• 超参数c：1.02