dn-detr:通过去噪任务加速detr训练

论文链接：https://arxiv.org/abs/2203.01305

自DETR问世以来，transformer被引入到了目标检测领域，DETR通过引入query和bipartite graph matching 机制，两两匹配GT和PRED，实现对NMS的摒弃，可以做到真正的end to end。然而DETR存在着训练过慢、训练显存占用大和对小目标物体识别效果差的问题。针对DETR的缺点，已有不少的工作开展了讨论和研究，如Deformable DETR、Conditional DETR、Anchor DETR、DAB-DETR等。大多数工作致力于解耦Query，如将Query解释为 content part 和 anchor或reference point的组合，并没有人从bipartite graph matching机制入手。这篇论文提出DETR训练过慢的原因在于训练初期bipartite graph matching无法稳定的匹配GT和PRED，导致早期训练阶段的优化目标不一致难以收敛。这篇论文通过引入GT的去噪任务来帮助稳定训练初始的bipartite graph matching，加快bipartite graph matching的收敛。

观察训练初期，GT每次匹配的Pred不相同，需要多个回合才能稳定下来 DN-DETR在DAB-DETR的基础上实现，将query视为label embeddeding和anchor的组合，在训练过程中，除了原有的query外，decoder输入M组增加噪声的GT query并得到预测值，和原GT一对一计算损失进行去噪。去噪部分和bipartite部分的attention mask如下图所示，避免在self attention中出现信息泄露。对于去噪部分的query，原GT bbox通过随机缩放长宽增加噪声，而GT label通过随机翻转到其他label实现。为了更好的区分去噪部分和bipartite部分的label embedding，在label embedding中添加了一个标志位，如果query属于去噪部分，则该指示符为 1，否则为 0。

DN-DETR 在相同的环境下取得了显著的改进，并在以 ResNet-50 为骨干的 DETR 类方法中取得了最好的结果（AP分别为 43.4 和 48.6，训练次数为 12 次和 50 次）。

从某种角度来看，DN-DETR 的处理措施有些类似于知识蒸馏，不同在于知识蒸馏使用一个老师模型去指导学生模型，而DN-DETR使用了较易学习的噪声GT加快bipartite graph matching的收敛。