End-to-End Object Detection with Transformers论文阅读笔记

End-to-End Object Detection with Transformers

端到端，不需要NMS后处理了，直接出结果。

1、Abstract

将目标检测作为一个集合预测问题来解决。简化了检测的整体流程，有效的消除了许多人工设计的部分，比如NMS，anchor这些针对任务类型的先验知识。DETR的主要组成有一个基于集合的全局损失函数，通过二分图匹配来为每个目标确定唯一的预测结果，以及一个transformer的encoder-decoder架构。给一个固定长度（论文中固定为100）的可以学习的object queries，DETR通过物体和全局图片内容之间的关系，直接并行输出一组预测集。DETR概念上非常简单，而且也不要求你有拥有专业知识。DETR在检测的精度和运行时间和Faster RCNN相当。而且DETR还可以拓展到全景分割的任务当中。

2、Introduction

目标检测的目标是预测感兴趣的目标的bbox以及对应的类别。现在的目标检测方法都是通过间接的方式去处理集合预测问题，比如proposals、anchor、window center等方法，都是设计了一个替代的，将其当作回归、分类问题。它们的性能明显的受后处理操作的影响，因为其之前会生成大量的冗余框、所以需要使用NMS方法将冗余框抑制。为了简化这些流程，本文提出了一种直接进行集合预测的方法去绕过了那些代理问题。这种端到端的思想已经在其他复杂的预测任务中大量的使用了，并且取得了非常明显的效果，但是还没有应用到目标检测任务当中，之前的也有一些类似的尝试，但其要么就是需要融入更多的先验知识，要么就是在比较难的benchmarks数据集上取得不了很好的成绩。这篇文章弥补了这一gap。

其中encoder可以寻找每个点与图像中其他部分之间的关系，这就可以让网络学习得到哪些区域属于同一个物体，哪些属于不同的物体。这有助于去除冗余的预测框。

DETR只预测一次，并将训练得到的预测结果和GT俩俩做二分图匹配，并计算loss function。DETR简化了目标检测流程，丢弃了人工设计的那些先验知识，比如anchor和nms。不像目前大多数检测方法，DETR没有任何定制化层，而且其可以非常简单的用任何包含标准CNN和transformer的架构复现。

与之前工作不一样的地方在于，DETR采用了二分图匹配计算loss，并且使用了没有自回归的decoder架构，decoder时可以并行。

结果显示DETR在大物体上的性能比较好，而在小目标检测性能比较差。而且其运行时间比较长。

整体流程就是：首先将图片通过CNN抽取特征，然后将其输入transformer架构，encoder有利于网络学习各个区域之间的关系，decoder生成预测框，并将其当做一个集合预测类型，将生成的预测框和GT做二分图匹配，计算bbox的loss和分类的loss。而在预测时没有GT框计算loss，那么就根据decoder输出的预测框的置信度的大小来输出最终的预测框。

3、The DETR model

3.1 Object detection set prediction loss

DETR推理得到固定的N个预测框。N比数据集中一张图片的最大物体个数多很多。如何设计预测框和GT之间的loss呢？将其当做一个二分图匹配问题。

在目标检测任务中，cost matrix中应该放loss。

loss可以包含了分类loss和bbox loss。

$-1_{\left\{c_i\ne \varnothing \right\}}{\hat{p}}_{\sigma (i)}\left(c_i\right)+1_{\left\{c_i\ne \varnothing \right\}}{\mathcal{L}}_{\text{box }}\left(b_i,{\hat{b}}_{\sigma (i)}\right).$

3.2 DETR architecture