• 논문 : Scale-Aware Trident Networks for Object Detection
  • 분류 : Scale-Aware Object Detection
  • 저자 : Yanghao Li, Yuntao Chen, Naiyan Wang, Zhaoxiang Zhang
  • PS
    1. COCO에서 Small, Medium, Large의 기준이 무엇인가? 참고 Page, (핵심 복붙 : In COCO, there are more small objects than large objects. Specifically: approximately 41% of objects are small (area < 322), 34% are medium (322 < area < 962), and 24% are large (area > 962). Area is measured as the number of pixels in the segmentation mask.)
    2. 전체적으로 약 파는 논문 같다. 비교도 자기의 모델(ablation) 비교가 대부분으고. 최근 기법들이랑 비교도 안하고…
    3. 파라메터 share하는 거 말고는, 앙상블이랑 뭐가 다른지. 모르겠고 왜 이게 논문이고 citation이 250이나 되는지 모르겠다. 속도보단 성능. 실용성보단 연구. 라는 느낌이 강해서 내맘에 들지 않는 논문이다.
  • 목차
    1. TridentNet Paper Review
    2. Code

TridentNet

1. Conclusion, Abstract, Introduction

  • 아래와 같은 Network를 설계하여, trident blocks 들이 다른 receptive field를 가지게 함으로써, scale-aware feature maps 을 생성한다.
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  • our contributions 정리
    1. effect of the receptive field 에 대해서 조사해보았다.
    2. scale-specific feature maps을 생성하는 TridentNet를 소개한다.
    3. scale-aware training scheme 를 사용해서 각각의 branch가 적절한 크기의 객체를 추출하는데 특화되도록 만든다.
    4. TridentNet Fast 를 소개한다.
    5. a parallel multi-branch architecture : 각 branch 들이 자신들의 transformation parameter를 공유하지만(trident-block 들이 서로의 weight를 sharing), 서로 다른 receptive fields를 가지도록 한다.
    6. mAP of 48.4 using a single model with ResNet-101 backbone

3. Investigation of Receptive Field

  • Architecture의 디자인 요소 중, Receptive feild에 대한 영향력 조사에 대한 논문은 없었다. 따라서 우리가 다른 Dilation rate를 사용함으로써 receptive field 에 대한 영향력을 조사해보았다.
  • dilation rate (d_s) 를 사용하면, network의 receptive field를 증가시키는 장점을 얻을 수 있다.
  • 아래와 같이 실험을 했고, 오른쪽 표가 실험의 결과이다.
  • 이를 통해서, receptive field가 객체 크기에 따른 검출 성능에 영향을 준다는 것을 파악했다.
  • 특히! 큰 객체에 대해서 더 검출을 잘하는 것을 파악할 수 있다. (이 논문 전체를 보면 small object의 성능 검출 보다는 보통 large object에 따른 성능 증가가 많은 편이었다.)
  • ResNet101을 사용했을 때 조차도, receptive field를 넓혀줬을 때, 성능이 향상되었다. 이론적인 receptive field 보다, [practical하고 실험적이고 effective한] receptive field는 더 작다는 것을 증명하는 사례이다.

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4. Trident Network

4.1. Network Structure

  • Multi-branch Block
    1. single scale input이 들어가고, 평행하게 각 branch가 scale-specific feature map을 만들어 낸다.
    2. TridentNets은 임이의 Network의 Conv연산을 trident blocks으로 바꿔서 만들어 낸다.
    3. (실제 이 논문의 목표는 어떤 전체 Architecture를 만든게 아니다. Faster-RCNN 그리고 RPN 혹은 ResNet backbone의 특정부분의 Conv연산을 trident block으로 대체하여 사용한게 전부이다. 어떻게 어느 부분을 바꾸었는지는 구체적으로 나와있지 않다.)
    4. Typically, we replace the blocks in the last stage of the backbone network with trident blocks / since larger strides lead to a larger difference in receptive fields as needed. 즉, ResNet 중에서도 Deep한 부분부터 trident block을 삽입해 사용했다고 한다. 뒤의 실험에서도 나오겠지만, Deep 한 곳에 적용해야 효과가 좋다. 왜냐하면, Deep한 곳의 각각의 Featrue Pixel들은 이미 큰 Receptive field를 가지는데, 거기다가 Trident Block을 적용해서 더! 큰 Receptive Field를 가지게 만드는 것이다.
    5. (이것을 코드로 구현하는 것은 어렵지 않을 것 같다. 일단 Faster-RCNN코드를 하나 가져온다. 그리고 그 코드에 있는 일부 nn.conv2d 에 Dilation rate를 추가해준다. 그럼 그게 하나의 branch이다. 그렇게 각각의 net=build_module()을 3개 만든다. net1, net2, net3. 그리고 이것들을 가지고 NMS해주면 끝. (NMS가 그냥 앙상블 수준이다.))
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  • Weight sharing among branches
    1. 모든 Branch는 RPN and R-CNN heads의 일부 conv를 Trident Block으로 대체하여 사용한다… 그리고 (서로 dilation rate만 다른) 각각의 Branch에 대해서, the same parameters를 공유한다.
    2. 그렇기 때문에 추가적인 파라미터가 필요하지 않다. (물론 연산은 3배로 해야하는 것은 맞다.)
    3. 학습 중에서도 파라메터가 공유되어 학습된다.
  • Scale-aware Training Scheme
    1. 위의 표를 보면 Small object에 대해서는 Large Receptive Field를 가지는 branch에서는 오히려 낮은 성능이 나오는 것을 확인할 수 있다.
    2. 이것을 objects of different scales, on different branches 즉 mismatched branches 라고 표현할 수 있다.
    3. 따라서 이러한 문제를 피하고자, 각각의 branch가 the scale awareness를 가지게 하도록 하는 a scale-aware training scheme을 수행했다.
    4. 어려운게 아니라, 각 Branch마다 담당하는 객체의 크기가 다르다. 위의 (1) 식과 같이 l_i와 u_i를 설정한다. 그리고 ROI 즉 이미지의 위에서 객체의 크기를 w, h 라고 했을 때, 일정 범위의 객체일 때만, 각 Branch가 Predict 해야하는 GT로 사용하도록 만든다.
  • Inference and Approximation
    1. 각각의 Branch에서 Detect 결과를 받아서 NMS 혹은 NMS를 사용해서 최종 결과로써 반환한다.
  • Fast Inference Approximation
    1. 연산을 3배로 해야하기 떄문에 속도가 매우 느리다. 그래서 inference하는 동안 좀더 좋은 속도를 얻고 싶다면, 중간 branch 만을 사용한다. (dilation rate = 2 )
    2. (아니 특별한 것도 아니고 겨우 이게 Fast inference 기법이란다. 무슨 약 파는 것도 아니고 어이가 없는 논문이다.)
    3. 확실히 performance drop 이 발생하지만, weight-sharing strategy을 사용하기 때문에 중간 성능에서는 좋은 성능을 보인다. (Figure2 확인)

5. Experiments

  • Table4 는 ResNet에서 trident blocks을 어디다 놓을지 정하는 실험이다. conv2,3,4가 의미하는 곳이 어딘지 모르겠으나, (논문에 안 나와 있음. ResNet논문 혹은 코드를 봐야함) conv4에서 사용하는게 좋다고 한다. 위에서 말했듯이 더 deep한 곳에서 사용해야 더 확실하게 receptive field를 크게 하는것에 도움을 받는다고 한다.

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