论文解读Focal Loss for Dense Object Detection

论文：Focal Loss for Dense Object Detection

引言：

目前最好的物体检测都是基于两个平台（two stage），和推荐驱动的机制（proposal-driven mechnism），如R-CNN。近期的集合为一个平台（one stage）的工作有YOLO和SSD，他们比前者更快
我们提出了一个新的损失函数用于类的区分（class imbalance），这个损失函数是一个动态缩放的交叉熵Loss（cross entropy loss），当正确分类的可信度提升时，缩放因子会衰退至0。

（我们提出的Focal Loss 就是正常的交叉熵Loss加上一个 (1−pt)γ 的因子， 可以减少好的分类的样本的Loss, 设置 γ ）
直观上，缩放椅子可以自动缩小简单样本的贡献的参数，从而可以更快的关注困难样本。实验显示我们提出的Focal Loss可以训练出更高的准确性的（one stage detector），其表现出了启发式取样和困难样本挖掘的效果。
我们提出了一个使用Focal Loss的网络：取名叫RetinaNet，效果很好

Focal Loss :

cross entropy是这样的：

CE(p,y)={−log(p)−log(1−p)if y=1 otherwise.

其中 y∈{±1}
为了标注的方便，我们设 pt :

pt={p1−pif y=1otherwise

我们尝试引进一个权重因子 α∈[0,1] 控制class 1 ， 1−α 控制class −1 ，像 pt 一样我们定义 αt ，这样可以写出 α 平衡后的交叉熵 CE loss：

CE(pt)=−αlog(pt)

容易区分的样本组成loss的主要部分并决定着梯度，然而 α 可以平衡正负样本的重要性，但不能区分容易和困难样本，所以我们重写了损失函数。
我们为cross entropy添加一个调节因子 (1−pt)γ ：

FL(pt)=−(1−pt)γlog(pt)

当一个样本被分类错误时， pt 很小，所以 (1−pt)γ 很大，对loss的影响很小，当 pt 趋近1时，因子趋近0，所以对于分类好的loss权重下降。
在实验中我们也使用了 α

FL(pt)=−αt(1−pt)γlog(pt)

有 α 的效果比没有的好，最后还发现计算 p 时使用sigmoid操作可以有更好的数的稳定性。

RetinaNet：

Feature Pyramid Network Backbone
金字塔的每一层用来检测不同的尺度

从图中可以看出左边是ResNet，中间为提取出feature map（加号为UpSampling后相加），然后用两个子网络相连，输出类别和边框。
实验结果

实验比较：

设 α=0.75 和不设置 α 相比，提高了 0.9 AP
设 γ=2 和设 γ=0 相比（相当于cross entropy），提高 2.9 AP
Focal Loss和OHEM相比，提高 3.2 AP