Selective Search 学习笔记

Selective Search

潜水CSDN好多年，第一次写东西，在北大这边做毕业设计，做的是关于对象部件检测的课题，也就是从粗到细的检测，前段时间开始学习RCNN相关的东西，读了paper，这几天又把selective search的paper拿出来读了读，写点笔记，谈谈自己的理解。
“Selective Search for Object Recognition”是发表在2012 IJCV上的一篇关于推荐区域生成（proposal）的paper，作者是J.R.R.Uijings， 全文主要提出了一种称为选择性搜索（Selective Search）的方法用于物体识别和检测。第一次涉及检测相关的课题，在看了几篇paper后，发现之前很多算法都是基于蛮力搜索(Exhaustive Search),对整张图片进行扫描，或者是采用动态窗口的方法，这种方法耗时严重，操作麻烦。J.R.R提出的选择性搜索的方法，在识别前期在整张图片中生成1~3K个proposal的方法，再对每个proposal进行处理。

(一) 介绍

图片包含了各种不同层次的语义，信息非常丰富，包括纹理（Texture），形状（shape），颜色（color）等等。检测问题，不仅需要对图像中的object进行recognition，还有进行localization。根据author的意思，在对物体进行识别的时候，需要充分考虑物体的多样性（diversity），另外，图像中objects的层次关系（hierarchical）非常重要。以论文中给出的图作为例子说明。

图（a）展示了一张桌子，桌子上有各种碗，碗里面有勺子，如果对桌子进行识别，还需要对桌上的物体进行识别，图中不同物体间的层次十分明显。图（b）中两只猫，可以使用颜色把他们分开，但这个时候使用纹理的话就不是很有效果的；图（c）恰恰相反，变色龙和背景的环境颜色非常相似，但如果使用纹理的话，很容易能够将两者分开；在图（d）中，车身和轮胎，颜色和纹理方面都有很大的区别。
总体来说，大概可以理解下作者的思路：
1） 图像间的层次信息很重要，举搜索（Exhaustive Selective）通过改变窗口大小来适应物体的不同尺度，选择搜索（Selective Search）同样无法避免这个问题。算法采用了图像分割（Image Segmentation）以及使用一种层次算法（Hierarchical Algorithm）有效地解决了这个问题。
2） 单一的策略无法适用于所有的图像，作者提出使用不同的策略对分割好的图像进行合并，例如：颜色、纹理、大小等等；

(二) 区域合并算法

作者使用了Hierarchical Grouping算法去生成初始化的区域，具体参考论文【1】;相比较于像素，区域包含的信息更加丰富，具有的特征更有表征性。区域合并算法如下:

1） 使用Felzenszwalb（2004）(参考论文【1】)产生初始分割区域；
2） 初始化相似度集合S = ∅;
3） 计算相邻区域间的相似度，将计算结果计入S；
4） 将相似度最大的两个区域Ri和Rj合并成Rt，用以替代Ri和Rj，并再次重新计算相似度；
5） 获取每个区域的bounding box

(三) 多样化策略（Diversification Strategies）

作者在selective search方法中提出了三种策略：
1） 通过使用具有不同不变性质的各种颜色空间；
2） 通过使用不同的相似性度量；
3） 通过使用不同的初始化区域；
在本文中，针对于实际问题，作者只是采用了单独一种颜色空间，但在相似性度量方面，使用了不同策略的结合方式:
1） 颜色相似度:S(color)
2） 纹理相似度:S(texture)
3） 大小相似度:S(size);
4） 吻合相似度:S(fit)
具体的计算方法参照paper，最后将四种度量方法合并成一种策略：S = aS(color) + b S(texture) + cS(size) + dS(fit);
课题的具体任务是对汽车实施一个从粗到细的检测，精确到各个部件:后视镜，大灯、前挡风玻璃。考虑到selective search对于小部件object的检测性能，做了很多组实验，用以比较不同的相似度度量方法以及进行策略合并后的性能。

上面大概讲了一下selective search生成proposal的一些原理和不同策略，具体的使用策略还需要根据实际问题进行fine tuning，从上表看出，对于挡风玻璃和大灯的proposal性能非常好，但对于后视镜的性能就显得有些差强人意，还需根据实际问题继续改进。
入门不深，上述理解难免有不正确的地方，希望大家指正，一起进步，后续还会继续更新关于RCNN，fast rcnn，faster rcnn等相关博文，希望能和大家一起交流！

论文【1】Felzenszwalb P F, Huttenlocher D P. Efficient Graph-Based Image Segmentation[J]. International Journal of Computer Vision, 2004, 59(2):167-181.