Stacked Hourglass Networks(级联漏斗网络)
姿态估计(Pose Estimation)是 CV 领域一个非常重要的方向,而级联漏斗网络的提出就是为了提升姿态估计的效果,但是其中的经典思想可以扩展到其他方向,比如目标识别方向,代表网络是 CornerNet(预测目标的左上角和右下角点,再进行组合画框)。
CNN 之所以有效,是因为它能自动提取出对分类、检测和识别等任务有帮助的特征,并且随着网络层数的增加,所提取的特征逐渐变得抽象。以人脸识别为例,低层卷积网络能够提取出一些简单的特征,如轮廓;中间卷积网络能够提取出抽象一些的特征,如眼睛鼻子;较高层的卷积网络则能提取出更加抽象的特征,比如完整的人脸。这些将有助于我们理解级联漏斗模型(Stacked Hourglass Model,简称SHM)为什么有效。
做姿态估计,需要预测身体不同的关节点,手臂这种线条简单的结构,可能在中间卷积网络更容易被识别;而面部这种线条复杂的结构,可能在高层卷积网络才更容易被识别。因此,如果我们只使用最后一层的 feature map,就会造成一些信息的丢失。SHN 的主要贡献——利用多尺度特征来识别姿态。
Single Hourglass Network
上图是单个漏斗网络的结构。该结构与全卷积网络和其它设计(以多尺度方式处理空间信息,并进行密集预测)紧密相连。然而漏斗网络与其它设计有什么不同呢?由图可以看出,其自底向上(从高分辨率到低分辨率)处理和自顶向下(从低分辨率到高分辨率)处理之间的容量分布(这里实在不知道怎么翻译。。。)更加对称。另外还有一点需要注意,在自顶向下处理过程中,使用的不是 unpooing(一种常见的上采样操作)或者 deconv layers(可称为去卷积层),而是采用nearest neighbor upsampling(最近邻上采样)和 skip connections。这些操作需要在源码中理解。
Stacked Hourglass Networks
上图是单个漏斗网络后面的一些设计以及两个漏斗网络的连接细节。
块1 是上面介绍的单个沙漏网络,在它后面是一个 1 \(\times\) 1 的全卷积网络,即块2;块2 后面分离出上下两个分支(块3 和块4):上分支(块3)依然是一个 1 \(\times\) 1 的全卷积网络,下分支(块4)为 Heat map(下面重点介绍)。块5 是对块4 进行 channal 上的扩增,以方便块3、块5 和 上个漏斗网络的输出进行合并,一起作为当前漏斗网络的输出,同时是下一个漏斗网络的输入。
这里对 Heat map 进行解释:大部分姿态检测的最后一步是对 feature map 上的每个像素做概率预测,计算该像素是某个关节点的概率。
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