【阅读笔记】旋转目标检测R3Det与BBAvector

最近一个项目需要检测地物带方向的旋转框，于是看了下相关内容，用了R3Det和BBAVectors。这里做下记录。

旋转目标检测

• 定向包围框OBB（oriented bounding box），水平包围框HBB（horizontal bounding box）
• 旋转目标检测的挑战：目标纵横比较大 排列紧密，类别不平衡，目标比例差异，遥感图像目标的比例变化很大，传感器的空间分辨率
• 水平anchor高召回率，旋转anchor密集场景适应性

上面是三种OBB定义方式。(a) opencv定义法（90∘-regression-based，[x,y,w,h,θ]）：角度θ是指框与x轴所成的锐角，并且框的这条边记为w，另一条边记为h，因此角度的表示范围是[−90,0)。
(b) 长边定义法（180∘-regression-based，[x,y,h,w,θ]）：角度θ是指框的长边h与x轴所成的夹角，因此角度的表示范围是[−90,90)。© 有序四边形定义法（Point-based， $[x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4]$ ）：最左边的点（如果水平矩形的话有两个点满足取上面的那个）为起始点，逆时针排列。

R3Det

上交和旷世2019提出的旋转目标检测网络，有mmdetection版本

这是一个单阶段的目标检测网络。

1）RetinaNet

采用FPN作为backbone，提出focal loss来解决类别不平衡的问题，使用水平anchor，更快速的获得更多的proposals（后续refinement阶段使用refined旋转anchors以适应密集场景），回归时多了一个方向θ，共五个参数表示旋转框。由于倾斜交并比分数对角度很敏感，因此需要对预测框的精炼以提高旋转目标检测的召回率。

2）特征精炼模块

这个模块是为了重建特征图与框对齐，先双路卷积，再根据refined bboc的五个坐标双线性插值得到更精准的特征向量。遍历特征点后，将重建整个特征图。如下图所示。

BBAVectors

思路比较简单，先用CenterNet检测物体中心点，然后回归一个包围框的边缘感知向量（BBAVectors）来得到有方向的包围框。

CenterNet是一个Anchor-free的方法，U型结构，先ResNet卷积5次，在上采样，得到一个原始图像1/4大小的特征图。然后使用Heatmap用来定位关键点。这里，我们用来检测物体的中心点。Heatmap有k个通道，分别对应了不同类别的物体。Heatmap的每个像素点的值表示物体的置信度。然后在直接回归宽和高。那为什么不能直接回归旋转角θ呢，因为小的旋转可能对于loss来说微不足道，但会使IOU变化较大。于是本文设计了四个向量BBAVectors来描述包围框，这样就需要回归总计4*2+2=10维特征向量。

后面由于我们的任务不仅要得到OBB，还要得到车头的方向，于是在此基础上多回归了一个车头方向的向量，B=[t,r,b,l,w,h]变为B=[t,r,b,l,d,w,h]，效果还不错。