ExtremeNet：通过极点进行目标检测，更细致的目标区域 | CVPR 2019
ExtremeNet检测目标的四个极点，然后以几何的方式将其组合起来进行目标检测，性能与其它传统形式的检测算法相当。ExtremeNet的检测方法十分独特，但是包含了较多的后处理方法，所以有很大的改进空间，感兴趣可以去看看论文实验中的错误分析部分
来源：晓飞的算法工程笔记 公众号
论文: Bottom-up Object Detection by Grouping Extreme and Center Points
Introduction
在目标检测中，常用的方法将目标定义为矩形框，这通常会带来大量妨碍检测的背景信息。为此，论文提出ExtremeNet，通过检测目标的四个极点进行目标定位，如图1所示。整体算法基于CornerNet的思想进行改进，使用五张热图分别预测目标的四个极点以及中心区域，将不同热图的极点进行组合，通过组合的几何中心在中心点热图上的值判断组合是否符合要求。另外，ExtremeNet检测的极点能够配合DEXTR网络进行目标分割信息的预测。
ExtremeNet for Object detection
ExtremeNet使用HourglassNet进行类可知的关键点检测，遵循CornerNet的训练步骤、损失函数和偏移值预测，其中偏移值的预测是类不可知的，中心点不包含偏移值。主干网络共输出\(5\times C\)张热图，\(4\times 2\)偏移值特征图，\(C\)为类别数，整体结构和输出如图3所示。当极点提取后，根据几何关系将他们进行组合。
Center Grouping
极点位于目标的不同方向，组合时会十分复杂，论文认为像CornerNet那样采用embedding向量进行组合会缺乏全局信息，所以提出了Center Grouping进行极点组合。
Center Grouping的流程如算法1所示，首先获取四个极点热图上的高峰点，高峰点需满足两点：1) 其值需大于阈值\(\tau_p\) 2) 为局部最大值，高峰点的值需大于周围八个点，获取高峰点的过程称为ExtrectPeak。在得到各个热图上的高峰点后，遍历各高峰点的组合，对于满足几何关系的高峰点组合(\(t\),\(b\),\(r\),\(l\))，计算其几何中心点\(c=(\frac{l_x+t_x}{2}, \frac{t_y+b_y}{2})\)，如果几何中心点的值满足\(\hat{Y}^{(c)}_{c_x, c_y} \ge \tau_c\)，则认为该高峰点组合符合要求。
Ghost box suppression
在三个大小相同的目标等距分布的情况下，Center Grouping可能会出现高置信度的误判。此时，中间的目标可能有两种情况，一是正确的预测，二是错误地与隔壁的物体合并输出，论文称第二种情况的预测框为ghost框。为了解决这种情况，论文增加了soft-NMS后处理方法，如果某个预测框的内包含的预测框的置信度之和大于其三倍，则将其置信度除以二，然后再进行NMS操作。
Edge aggregation
极点有时不是唯一的，如果目标存在水平或垂直的边界，则边上所有的点都是极点，而网络对这种边界上的点的预测值会较小，可能导致极点的漏检。
论文采用边聚合(edge aggregation)来解决这个场景，对于左右热图的局部最大点，在垂直方向进行分数聚合，而上下热图的局部最大点则在水平方向进行分数聚合。将对应方向上的单调递减分数进行聚合，直到遇到聚合方向上的局部最小点为止。假设\(m\)为局部最大值点，\(N^{(m)}_i=\hat{Y}_{m_x+i, m_y}\)为水平方向的点，定义\(i_0 < 0\)和\(0<i_1\)为两边最近的局部最小值，即\(N^{(m)}_{i_0-1} > N^{(m)}_{i_0}\)和\(N^{(m)}_{i_1} < N^{(m)}_{i_1+1}\)，则边聚合的高峰点值更新为\(\tilde{Y}_m=\hat{Y}_m+\lambda_{aggr}{\sum}^{i_1}_{i=i_0}N^{(m)}_i\)，其中\(\lambda_{aggr}\)为聚合权重，设置为0.1，整体效果如图4。
Extreme Instance Segmentation
极点比bbox包含更多的目标信息，毕竟多了两倍的标注信息(8 vs 4)。基于四个极点和bbox，论文提出简单的方法来获取目标的mask信息，首先以极点为中心扩展出1/4 bbox边界长度的线，如果线超过bbox则截断，然后将四条线首尾连接得到八边形，如图1所示。最后使用DEXTR(Deep Extreme Cut)方法进一步获取mask信息，DEXTR网络能够将极点信息转化成分割信息，这里直接将八边形截图输入到预训练的DEXTR网络中。
Experiments
各模块的对比实验，另外论文对ExtremeNet进行了错误分析，将各模块的输出替换为GT，最终能达到到86.0AP。
与其它SOTA方法进行对比。
实例分割效果。
Conclusion
ExtremeNet检测目标的四个极点，然后以几何的方式将其组合起来进行目标检测，性能与其它传统形式的检测算法相当。ExtremeNet的检测方法十分独特，但是包含了较多的后处理方法，所以有很大的改进空间，感兴趣可以去看看论文实验中的错误分析部分。
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