Paper Reading:TridentNet

论文：Scale-Aware Trident Networks for Object Detection
发表时间：2019
发表作者：(University of Chinese Academy of Sciences)Yuntao Chen, (TuSimple)Naiyan Wang
发表刊物/会议：ICCV
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TridentNet

这篇文章主要要解决的问题便是目标检测中最为棘手的scale variation问题。使用了非常简单干净的办法在标准的COCO benchmark上，使用ResNet101单模型可以得到MAP 48.4的结果，远远超越了目前公开的单模型最优结果。

多尺度问题

先简单回顾一下现有处理多尺度问题的两大类方法。第一大类，也是从非Deep时代，乃至CV初期就被就被广泛使用的方法叫做image pyramid。在image pyramid中，我们直接对图像进行不同尺度的缩放，然后将这些图像直接输入到detector中去进行检测。虽然这样的方法十分简单，但其效果仍然是最佳，也后续启发了SNIP这一系列的工作。单论性能而言，multi-scale training/testing仍然是一个不可缺少的组件。然而其缺点也是很明显的，测试时间大幅度提高，对于实际使用并不友好。另外一大类方法，也是Deep方法所独有的，也就是feature pyramid。最具代表性的工作便是经典的FPN了。这一类方法的思想是直接在feature层面上来近似image pyramid。非Deep时代在检测中便有经典的channel feature这样的方法，这个想法在CNN中其实更加直接，因为本身CNN的feature便是分层次的。从开始的MS-CNN直接在不同downsample层上检测大小不同的物体，再到后续TDM和FPN加入了新的top down分支补充底层的语义信息不足，都是延续类似的想法。然而实际上，这样的近似虽然有效，但是仍然性能和image pyramid有较大差距。

总结如下：

• 图像金字塔，传统的检测算法
• 特征金字塔，FPN
• 本文的三叉戟网络，分为3个分支，所有的参数都一样，唯一的区别就是膨胀卷积的膨胀率不一样。
  

膨胀卷积Dilated convolution（空洞卷积Atrous convolution）

假设膨胀率为ds，使用的卷积核大小为\(3*3\)，则使用膨胀卷积的感受野大小为\(3+2*2*(ds-1)\)，
例如，假设
1、ds=1，表示不进行膨胀，感受野大小为\(3*3\)
2、ds=2，表示进行膨胀，感受野大小为\(7*7\)
3、ds=4，表示进行膨胀，感受野大小为\(15*15\)
实验验证，随着感受野的增大，小目标的检测准确性也开始下降，但是大目标的检测准确性开始上升。

网络结构

TridentNet 模块主要包括3个完全一样的分支，唯一不同的只是膨胀卷积的膨胀率。从上到下，膨胀率分别为1,2,3，分别检测小，中，大的目标。三个分支共享权值。

每个分支的详细结构如下，

在训练过程中，对每一个分支都进行优化。因此，需要对目标的ground truth进行大小测试，

\[l_i ≤ \sqrt{w_h} ≤ u_i \]

假设，w,h为ground truth的宽，高。Li,ui表示实验中定义的最小的面积和最大的面积。在coco实验中分别为\(32*32\)和\(96*96\)。
基于此公式实现小的目标走第一个分支，中等目标走第二个分支，大的目标走第三个分支。而不是所有目标都走所有分支。这样就可以进行有针对性的训练。
在测试阶段，只使用中间的那个分支进行推断，然后对结果进行NMS，输出最终的结果。
当然这样做会有一些精度的损失，但是好处就是不会引入额外的参数，不会增加额外的计算量。

实验结果

Multi-branch ，Weight-sharing， Scale-aware有效性证明：

TridentNet 每个分支中unit个数的实验：

TridentNet 各分支检测结果的评估：

TridentNet 中间分支在coco测试的结果：

coco数据集结果：

总结：

TridentNet 是一种尺度敏感的检测框架，并且训练过程也得进行尺度敏感的训练。检测准确性很高，并且不会有额外的参数，额外的计算量。是对ASPP结构的一种升华。

参考：
TridentNet