rcnn系列

提纲挈领

https://blog.csdn.net/linolzhang/article/details/54344350

SPP

https://www.cnblogs.com/gongxijun/p/7172134.html  

我们使用三层的金字塔池化层pooling，分别设置图片切分成多少块，论文中设置的分别是(1,4,16),然后按照层次对这个特征图feature A进行分别处理（用代码实现就是for(1,2,3层)）：

第一层对这个特征图feature A整个特征图进行池化（池化又分为：最大池化，平均池化，随机池化），论文中使用的是最大池化，得到１个特征。

第二层先将这个特征图feature A切分为4个(20,30)的小的特征图，然后使用对应的大小的池化核对其进行池化得到４个特征，

第三层先将这个特征图feature A切分为16个(10,15)的小的特征图，然后使用对应大小的池化核对其进行池化得到16个特征.

然后将这１＋４＋１６＝２１个特征输入到全连接层，进行权重计算. 当然了，这个层数是可以随意设定的，以及这个图片划分也是可以随意的，只要效果好同时最后能组合成我们需要的特征个数即可

http://makaidong.com/u011974639/1/938094_10121062_2.htm    映射

fast rcnn

https://blog.csdn.net/shenxiaolu1984/article/details/51036677

前五阶段是基础的conv+relu+pooling形式，在第五阶段结尾，输入P个候选区域（图像序号×1+几何位置×4，序号用于训练）

roi_pool层将每个候选区域均匀分成M×N块，对每块进行max pooling。

全连接层提速：在实现时，相当于把一个全连接层拆分成两个，中间以一个低维数据相连。

cls_score层用于分类，输出K+1维数组p，表示属于K类和背景的概率。
bbox_predict层用于调整候选区域位置，输出4*K维数组t，表示分别属于K类时，应该平移缩放的参数。

roi pooling：

https://blog.deepsense.ai/region-of-interest-pooling-explained/

RPN

https://blog.csdn.net/u013010889/article/details/78574879

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proposal对RPNchase的anchor进行处理，用到nms

上一步得到了很多大小不一的roi，对应到feature map上也是大小不一的，但是fc是需要fixed size的，于是需要使用roi pooling

数据层

1. 主要利用工厂模式适配各种数据集 factory.py中利用lambda表达式(泛函)
2. 自定义适配自己数据集的类，继承于imdb
3. 主要针对数据集中生成roidb，对于每个图片保持其中含有的所有的box坐标(0-index)及其类别，然后顺便保存它的面积等参数，最后记录所有图片的index及其根据index获取绝对地址的方法

https://blog.csdn.net/sloanqin/article/details/51545125

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这个1*1*256*18的卷积核就是大家平常理解的全连接；所以全连接只是卷积操作的一种特殊情况（当卷积核的大小与图片大小相同的时候，其实所谓的卷积就是全连接了）

 https://blog.csdn.net/mllearnertj/article/details/53709766

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一个分支进行针对feature map（上图conv-5-3共有512个feature-map）的每一个位置预测共（9*4=36）个参数，其中9代表的是每一个位置预设的9种形状的anchor-box，4对应的是每一个anchor-box的预测值（该预测值表示的是预设anchor-box到ground-truth-box之间的变换参数），上图中指向rpn-bbox-pred层的箭头上面的数字36即是代表了上述的36个参数，所以rpn-bbox-pred层的feature-map数量是36。

另一分支预测该anchor-box所框定的区域属于前景和背景的概率（网上很对博客说的是，指代该点属于前景背景的概率，那样是不对的，不然怎么会有18个feature-map输出呢？否则2个就足够了），前景背景的真值给定是根据当前像素（anchor-box中心）是否在ground-truth-box内。

要注意的是RPN内部有两个loss层，一个是BBox的loss,该loss通过减小ground-truth-box与预测的anchor-box之间的差异来进行参数学习，从而使RPN网络中的权重能够学习到预测box的能力。实现细节是每一个位置的anchor-box与ground-truth里面的box进行比较，选择IOU最大的一个作为该anchor-box的真值，若没有，则将之class设为背景（概率值0，否则1），这样背景的anchor-box的损失函数中每个box乘以其class的概率后就不会对bbox的损失函数造成影响。另一个loss是class-loss,该处的loss是指代的前景背景并不是实际的框中物体类别，它的存在可以使得在最后生成roi时能快速过滤掉预测值是背景的box。也可实现bbox的预测函数不受影响，使得anchor-box能（专注于）正确的学习前景框的预测，正如前所述。所以，综合来讲，整个RPN的作用就是替代了以前的selective-search方法，因为网络内的运算都是可GPU加速的，所以一下子提升了ROI生成的速度。可以将RPN理解为一个预测前景背景，并将前景框定的一个网络，并进行单独的训练。

https://www.cnblogs.com/573177885qq/p/6068854.html

RPN网络（Region Proposal Network）与目标检测网络共享卷积层，大大减少了计算proposals的时间。

RPN可以看作是fully-convolutional network (FCN)，对于生成detecting proposals这种任务，是end-to-end的。为了使RPN和fast r-cnn相统一，我们提出了一个简单的训练框架，在region proposal task和object detection的微调中依次交替（保持proposals固定）。设计RPN,利用卷积特征图生成region proposals（而不是selective search等），提升了速度；训练RPN和fast r-cnn（检测网络）共享卷积层，提高检测速度。

第2步得到的高维特征图和第3步得到的region proposals同时输入RoI池化层，提取对应region proposals的特征。

RPN的输入为一张图像，输出为一系列的矩形框（proposals），每一个会带有objectness score。本文使用fcn模型来处理这个过程。因为我们的目标是与fast r-cnn的检测网络共享计算，因此我们假设这些网络共享卷积层。

RPN在CNN输入特征图后，增加滑动窗口操作以及两个卷积层完成region proposals。其中第一个卷积层将特征图的每个滑窗位置编码成一个特征向量~3*3的window，使用3*3*256*256的四维卷积核--》256维的向量，即这里的特征向量；第二个卷积层对应每个滑窗位置输出k个objectness scores和k个回归后region proposals，同时使用非极大值抑制。  

在每个滑窗位置上，同时预测k个proposals（即一个像素对应原图的k=9个proposal）和4k个reg相应的输出，以及2k个cls scores（每个proposal为目标/非目标的概率），这k个proposals相对k个reference boxes，称为anchors。在每个滑动位置上，使用3个scales和3个aspect ratios，共生成9个anchors。对于一个W*H的特征图，共有W*H*k个anchors，这种方法的好处就是translation invariant。

  Anchors表示RPN网络中对特征图滑窗时每个滑窗位置所对应的原图区域中9种可能的大小。根据图像大小计算滑窗中心点对应原图区域的中心点，通过中心点和size就可以得到滑窗位置和原图位置的映射关系，由此原图位置并根据与Ground Truth重复率贴上正负标签，让RPN学习该Anchors是否有物体即可。

为了训练RPN，为每个anchor赋一个类别标签（是否是object）。我们为两类anchors赋于正值：（1）anchor与ground_truth box有最大的

IoU重叠；（2）IoU重叠超过0.7。

FPN

https://blog.csdn.net/u013010889/article/details/78658135

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利用conv net本身的这种已经计算过的不同scale的feature，又想让low-level的高分辩的feature具有很强的语义，所以自然的想法就是把high-level的低分辨的feature map融合过来。

roi

https://blog.csdn.net/wfei101/article/details/79618567

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如 果roi大小为(7,6)，而roipooling是分成了(6,6)的部分，(7,6)到(6,6)的转换必然带来了边缘某像素的损失。而 roialign利用双线性插值，将roi(7,6)插值扩充到(12,12)，此时再做(6,6)的roipooling，会提高精度，充分利用了 roi的像素。

https://blog.csdn.net/zziahgf/article/details/78730859

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原始图像的每一个像素与特征图上的 25/128 个像素对应. 为了在原始图像选取 15 个像素，在特征图上我们需要选择 15 * 25/128 ~= 2.93 个像素.

Batch normalization has a negative effect on training if batches are small
so we disable it here.

首先来说说“Internal Covariate Shift”。文章的title除了BN这样一个关键词，还有一个便是“ICS”。大家都知道在统计机器学习中的一个经典假设是“源空间（source domain）和目标空间（target domain）的数据分布（distribution）是一致的”。如果不一致，那么就出现了新的机器学习问题，如，transfer learning/domain adaptation等。而covariate shift就是分布不一致假设之下的一个分支问题，它是指源空间和目标空间的条件概率是一致的，但是其边缘概率不同，即：对所有,，但是. 大家细想便会发现，的确，对于神经网络的各层输出，由于它们经过了层内操作作用，其分布显然与各层对应的输入信号分布不同，而且差异会随着网络深度增大而增大，可是它们所能“指示”的样本标记（label）仍然是不变的

那BN到底是什么原理呢？说到底还是为了防止“梯度弥散”。关于梯度弥散，大家都知道一个简单的栗子：。在BN中，是通过将activation规范为均值和方差一致的手段使得原本会减小的activation的scale变大。可以说是一种更有效的local response normalization方法（见4.2.1节）。例如，在神经网络训练时遇到收敛速度很慢，或梯度爆炸等无法训练的状况时可以尝试BN来解决。另外，在一般使用情况下也可以加入BN来加快训练速度，提高模型精度。

faster rcnn

候选框提取不一定要在原图上做，特征图上同样可以，低分辨率特征图意味着更少的计算量，基于这个假设，MSRA的任少卿等人提出RPN（RegionProposal Network）

RPN网络的特点在于通过滑动窗口的方式实现候选框的提取，每个滑动窗口位置生成9个候选窗口（不同尺度、不同宽高），提取对应9个候选窗口（anchor）的特征，用于目标分类和边框回归，与FastRCNN类似。

 训练过程中，涉及到的候选框选取，选取依据：

1）丢弃跨越边界的anchor；

2）与样本重叠区域大于0.7的anchor标记为前景，重叠区域小于0.3的标定为背景；

 从模型训练的角度来看，通过使用共享特征交替训练的方式，达到接近实时的性能，交替训练方式描述为：

1）根据现有网络初始化权值w，训练RPN；

2）用RPN提取训练集上的候选区域，用候选区域训练FastRCNN，更新权值w；

3）重复1、2，直到收敛