Faster RCNN网络简介

介绍

Faster RCNN网络是目标检测领域里程碑式的一个网络。这个网络的提出，真正将深度学习方法端到端的应用到目标检测领域。大幅提升了目标检测的检测速度和检测准确程度。论文的RPN、Anchor等思想对后续的论文和研究工作也有不小的影响。下面，我们一起来看一下Faster RCNN到底是如何具体进行目标检测的。

总体网络结构

如图所示，我们先总体介绍一下数据流是如何传输的。之后再分开每一部分进行重点介绍。

对于一张输入的彩色图片，首先经过CNN层进行特征提取。在Faster R-CNN的原始论文中，他们使用的是预训练好的VGG16网络用于特征提取。VGG网络去掉全连接层，只保留卷积的部分。这个对应的就是图中的conv layer。

卷积层提取完特征之后，对于特征图的数据，分成两部分，分别进入RPN网络（候选区域选择网络），和ROI pooling网络。对于RPN而言，这个网络所做的工作是挑选出图片中可能的候选区域，区分前景和背景。这些信息用来辅助最终的目标检测的决策。ROI Pooling所要做的是收集输入的feature maps和proposals，综合这些信息后提取proposal feature maps，送入后续全连接层判定目标类别。

classifer用于做出最后判断。包括图像类别和位置。

下图可以更清晰的展示整个Faster R-CNN的网络结构。

下面具体对各个部分进行详细解释。conv layer没什么可解释的，直接从RPN开始。

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RPN网络

介绍RPN网络之前，有必要先来谈谈目标检测问题存在的难点。这也是RPN网络提出的创新解决方案的关键所在。

做目标检测，可能存在最大的问题就是尺度变换多样。 比如说对人脸的目标检测而言，一张图片中，人脸有大有小。如何将这些大小不一的图片全部识别出来，并不算太容易。在过去，常常采用的方式是滑移窗口和图像金字塔的形式。通过滑移窗口扫描图像，以及图像金字塔的尺度变化来解决这个多尺度检测问题。然而这种方法无论是速度还是检测效果都不算好。RPN网络通过引入全卷积神经网络（FCN fully convolutional network）实现了一种端到端的候选区域提取。

对于输入图像，首先经过VGG的卷积网络进行特征提取，提取效果如图所示：

经过VGG网络之后，输入图像长度和宽度变窄，但是特征维度变多。

Anchor

对于目标检测而言，我们需要获取获取目标所在的位置（通常用矩形框来表示），我们这里使用 Δ x _ c e