“多尺度”目标检测问题

一、“多尺度”目标检测问题简介

在目标检测任务中，被测目标的大小经常是不固定的，自动驾驶相关检测任务可能要同时检测大卡车与小狗；工业质检相关检测任务可能要同时检测布料的大面积撕裂与小穿孔；医疗病灶检测任务可能要同时检测大小不一的病灶。在被测物体尺度相差极大时，模型通常难以对极大和极小的物体同时进行检测。

首先，要知道为什么被测物体尺度相差过大会造成模型精度降低。物体检测领域中各个模型的骨干网络，无外乎不是使用多层卷积逐步提取图像深层信息，生成多层特征图，并基于深层特征图做定位、分类等进一步处理。

在这“由浅至深”的特征提取过程中，浅层特征具有较高的分辨率，可以携带丰富的几何细节信息，但感受野很小且缺乏语义信息，与之相反的是，深层特征具备较大的感受野以及丰富的语义信息，但分辨率不高，难以携带几何细节信息。此时假设我们将模型继续加深，超深层特征中将具有极大的感受野，被测物体的语义信息也会因被周遭环境信息所稀释而降低。

如果训练数据中同时包含尺度极大和极小的被测物体，那么会发生什么呢？

如上图所示，假设模型一共有100层，大小目标的细节信息都随着模型层数的加深而衰退。对于语义信息而言，由于小目标尺度小，随着模型层数的增多（下采样次数的增多），语义信息可能在25层即提取完毕，之后随着层数的继续增加，小目标的语义信息也会快速被环境信息所稀释；而大目标尺度大，可能要在50层才能提取到足够的语义信息，但此时小目标的语义信息已经丢失的差不多了。

那么这个网络的深度应定为25层，还是50层，亦或是37层呢？定25层则对小目标的检测效果好而大目标检测能力差；定50层则反之；定37层则两类目标的检测能力较为均衡但都不在最好的检测状态。而这就是“多尺度”目标检测问题的根源所在。

二、常见的几种策略

以下是面对尺度变化范围过大导致精度降低的几种常见策略。

1、图像金字塔(Featurized image pyramid)

由同一张图像生成的多张不同分辨率图像的集合，由大到小摞在一起，就是图像金字塔。图像金字塔可以通过对图像不断地进行梯次向下采样，直至达到某个终止条件而获得，这个过程看似十分简单，但是它可以十分有效的从多分辨率的角度来解释图像。图像金字塔的底部是待处理图像的高分辨率