【文本检测】DBNet

论文正文

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概述

文本检测主流的两个方法就是基于回归的方法和基于分割的方法。
基于回归的方法指的是迁移一些经典的目标检测算法，比如SSD，faster-rcnn等。但是他们对于任意形状文本的检测效果没那么好，而这类文本呢又是场景种最常见的文本。
基于分割的方法：首先，分割指的是像素点级别的分类，判别每一个像素点是否属于一个文本目标，计算量特别大。通过一个分割网络得到分割图或者叫做概率图，接着进行固定阈值的二值化操作得到二值图，通过后处理得到文本分割区域的包围曲线。
二值化：就是根据一个固定的门限值，将概率图中每个数值变为0/1，如$f(x)=1ifx>0.7else0$

而本文，是在基于分割的方法上进行的研究，他提出了一种将二值化操作加到分割网络中的一种方法。也就是说，在本文中，分割网络同时生成概率图和门限图，二值化中的门限不再是给定的，而是模型学习到的，是能够自适应的。而二值化过程，如$f(x)=1ifx>0.7else0$，显然是不可微的，因此同时还提出了一种可微分二值化过程Differentiable Binarization (DB)。

细节

整体流程

骨干网络会对输入图片进行多次下采样得到不同尺寸的feature-map,再将它们上采样和浅层网络中长宽相同的feature-map进行concat操作，然后继续卷积，最后将尺度相同的feature-map进行concat，然后得到两个图：概率图和门限图，通过他们得到二值图，根据它进行后处理得到文本分割区域的包围曲线。

二值化

标准二值化操作：

可微分二值化：$\widehat{B_{i,j}}=\frac{1}{1+e^{-k(P_{i,j}-T_{i,j})}}$
B是近似二值函数的函数值，k是放大因子（计算导数，发现k都是乘的，所以会放大梯度，作者取了50），$P_{i,j}$是概率，$P_{i,j}$是门限
可微分二值化的作用：1、使得门限值能够通过网络学习得到而不是直接给定。2、提高性能。
为什么能够提高性能？：像素的分类错误，会得到更大的梯度，而为了网络的收敛，模型必须自己学会解决这些问题。
更大的梯度？：首先，二值图的损失是二元交叉熵损失。
$x=P_{i,j}-T_{i,j}$，$f(x)=\frac{1}{1+e^{-kx}}$，$loss=-ylog(f(x))-(1-y)log(1-f(x))$，正样本：$los{s}_{+}=-ylog(f(x))$,负样本：$los{s}_{-}=-(1-y)log(1-f(x))$,他们各自对应的导数的曲线在k=1和k=50的情况下，如图

观察可以发现，首先，梯度的大小是与K有关的。其次，网络如果将正例预测称负例，那么梯度很很大；网络将负例预测乘正例，梯度也很大。

自适应的门限

用处：主要是为了计算得到二值图，另外实验中发现，无论给不给这个门限一个监督，门限图中都会去凸显文本的边框，也就是能够直到网络更好的检测文本。

可变形卷积

目的：为了获得更大、更灵活的感受野，尤其适用于长宽比例比较极端的文本
详细介绍：链接

标注

概述：概率图和近似二值图受到同一个ground truth监督，是白色部分比较小；门限图受到另一个ground truth监督，是黄色部分比较大。
为什么概率图和近似二值图受到同一个ground truth监督：直观感觉上，他们都得受到原图绘制的二值图的监督。
为什么区域会有大小？：这或许就是设计的奥秘吧…

计算二值化之后结果的案例：

标注1：概率图和近似二值化图对应的标注，先对文本进行标注，然后做一步shrink。里面就是1表示有文本，外面是0，表示没文本。

标注2：门限图对应的标注，首先对于文本检测框，进行收缩和放大，它们中间的区域就是。

标注值：对于，区域内部所有点，计算它达4条红线的距离，取最近的一个。这样就得到了一个两边大中间小的结果，然后对所有的值做$1-X/D$的操作,再进行操作，将这些值归一化到一个范围比如$0.3-0.7$
为什么这么复杂：一步一步分析
最后为什么要归一化到某个范围？因为不归一化的话就无法得到二值化的结果了。
为什么要$X/D$：因为门限肯定是0-1的数，而这里最大就是D，所以可以这么做来进行归一化。
为什么要$1-X/D$：为了得到中间小两边大的结果，门限图的重点就是对于边框的敏感

损失计算

主要是三部分：概率图和近似二值图的损失还有门限图的损失
其中门限图的损失只计算文本边框范围内的损失，使用的是L1范数
为什么用L1范数:？？？？

我理解的错题集：之前机器学习课程中讲到，模型将判别错误的样本加权

推理

推理的时候，不需要门限图和二值化图了，直接根据概率图，使用标准的二值化操作就行，然后得到文本的边界，并进行矫正，得到原始的文本边界区域，之后就可以用一些软件包把这部分的区域拿出来了。但是分割主要解决的是弯曲形状文本区域的效果，但是一些文本检测方法处理的是矩形框，那么一个做法就是直接取包含这些区域的最小矩形框。

感悟

问题：比如YOLO v3中，检测的时候模型输出$n\ast n\ast 3\ast (1+4+20)$的tensor，解析这个tensor我们就能得到检测结果，但是为什么能够这么做呢？
模型输出结果解析的可解释性：所谓监督，就是给网络一个参考，让网络自己学习参数，不断逼近这个参考。因为我们训练的时候，也就是制作dataset的时候，不仅仅是得到了numpy格式的img，还做了对应的tround-truth，也就是那些$n\ast n\ast 3\ast (1+4+20)$的tensor，训练的时候要求模型输出的tensor和ground-truth尽可能地接近，检测的时候，模型就能够按照以前的经验得到一个类似的输出，但是这个输出是否足够好呢？还是的看训练的时候是否则够充分，是否学习到了最优的function。
问题：模型的结构到底怎么设计呢？