Faster RCNN系列1——Anchor生成过程

Faster RCNN系列：

Faster RCNN系列1——Anchor生成过程
Faster RCNN系列2——RPN的真值与预测值概述
Faster RCNN系列3——RPN的真值详解与损失值计算
Faster RCNN系列4——生成Proposal与RoI
Faster RCNN系列5——RoI Pooling与全连接层

一、RPN模块概述

  RPN模块的输入、输出如下：

• 输入：feature map（输入图像经过特征提取网络后得到的特征图）、物体标签（训练集中所有物体的类别和边框信息）
• 输出：Proposal（生成的建议框）、分类Loss、回归Loss

二、Anchor生成

  Anchor的本质是在原图大小上的一系列的矩形框，Anchor的生成过程和深度学习没有任何的关系，他的本质只是你设定好一些规则，并依据这些规则，在图像中生成不同尺寸，不同长宽比的框，并希望这些框能够最终覆盖你的物体。

  Anchor生成的核心代码如下：

def generate_anchors(base_size=16, ratios=[0.5, 1, 2], scales=2**np.arange(3, 6)) :
	#首先创建一个基本Anchor为[0，0，15，15]
	base_ anchor = np.array([1, 1, base_ size, base_ size])一1
	#将基本Anchor进行宽高变化，生成三种宽高比的s :Anchor
	ratio_anchors = _ratio_enum(base_anchor, ratio)
	#将上述Anchor再进行尺度变化，得到最终的9种Anchors
	anchors = np.vstack([_scale_enum(ratio_anchors[i, :], scales)
						for i in xrange (ratio anchors.shape [0])])
	井返回对应于feature map大小的Anchors
	return anchors

  传入参数中base_size=16，表示feature map上每一个的感受野大小，即feature map上的每一个点对应输入图像上$16\times 16$大小的区域。ratios=[0.5, 1, 2]，表示缩放比率；scales=2**np.arange(3, 6)，即$scales=[2^3,2^4,2^5]=[8,16,32]$，表示缩放倍数。

• base_ anchor = np.array([1, 1, base_ size, base_ size]) - 1

  这是一个左上角坐标为(0, 0)，宽和高都为15的框，大小为16×16，之后的Anchor框都是在这个框的基础上，通过比率和倍数变换得到的。

• ratio_anchors = _ratio_ enum(base_anchor, ratio)

  将上述生成的$16\times 16$的基础框，按照$1:2$，$1:1$，$2:1$三种比例进行变换，如下图所示：

• anchors = np.vstack([_scale_enum(ratio_anchors[i, :], scales)
          for i in xrange (ratio anchors.shape [0])])

  将上述生成的Anchor按照$[8,16,32]$的倍率进行变换，如下图所示：

  在Faster RCNN中，输入图像的大小为$3\times 600\times 800$，下采样率为$16$，feature map的大小为$512\times 37\times 50$，因此一共有$37\times 50\times 9=16650$个Anchors。而后通过分类网络与回归网络得到每一个Anchor的前景背景概率和偏移量，前景背景概率用来判断Anchor是前景的概率，回归网络则是将预测偏移量作用到Anchor.上使得Anchor更接近于真实物体坐标。

Anchor原理图

参考文章

Faster RCNN之Anchors的生成过程理解

《深度学习之Pytorch物体检测实战》