【论文阅读】Learning Spatial Regularization with Image-level Supervisions for Multi-label Image Classification

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原文地址：https://arxiv.org/abs/1702.05891

Caffe-code：https://github.com/zhufengx/SRN_multilabel

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　　空间正则化网络(Spatial Regularization Network, SRN)，学习所有标签间的注意力图(attention maps)，并通过可学习卷积挖掘标签间的潜在关系，结合正则化分类结果和 ResNet-101 网络的分类结果，以提高图像分类表现。

【SRN的优势】

　　（1）挖掘图像多标签之间的语义和空间关联性，较大地提高精度；

　　（2）当网络模型对具有空间相关标签的图片训练后，注意力机制自适应地关注图像的相关区域

　　（3）图像级标注，端到端训练

　　　　

【SRN网络结构】

　　（1）Main Net：ResNet-101，针对各标签分别学习得到独立的分类器。“Res-2048” 表示具有2048输出的 ResNet 网络模块；

　　（2）SRN 采用ResNet-101的视觉特征作为输入，利用注意力机制学习得到标签间的正则空间关系；

　　（3）结合主网络和SRN的分类结果得到最终的分类置信度；

　　【Main Net】

　　

　　【SRN：注意力机制 fatt(·)】

 　　当图像存在某个标签时，更多的注意力应该放在相关的区域，标签注意力图编码了标签对应的丰富空间信息。l被标记则l相关区域的注意力值应该更高

 　　

　　

　　 注意力图能用于产生更鲁棒的空间正则信息，但每个标签的注意力图总是和为1，可能会突出错误位置，造成错误的空间正则信息，论文提出使用加权注意力图U，U解码了标签局部和全局的置信分数（confidence）。

　　

　　【SRN：fsr(·)结构】

　　conv2、conv3多通道，512输出，捕捉多标签的语义关系；

　　conv4单通道，2048输出，4个kernel为一组缠绕1个相同的特征通道，不同kernel捕捉语义关联标签间的不同空间关系。

　　

【Multiple Steps 分步训练】

　　

　　分四个阶段: ①只训练主网络, 基于 ResNet，pretrained on ImageNet，fcnn 和 fcls；

　　　　　　　　②固定 fcnn 和 fcls, 训练 fatt；

　　　　　　　　③固定 fcnn, fcls和 fatt，训练 fsr；

　　　　　　　　④联合训练整个网络。

　　图像增强策略： ①resize为256×256

　　　　　　　　　　②裁剪4个角和中心区域，长宽在{256,224,192,168,128}中随机选取

　　　　　　　　　　③resize为224×224

【实验结果】