论文笔记《What makes for effective detection proposals?》

最近开始准备回到detection大坑，刚好看到一篇关于object proposal的综述，而且貌似是中了PAMI的，所以就下载下来读了一下。
论文的项目地址：
https://www.mpi-inf.mpg.de/departments/computer-vision-and-multimodal-computing/research/object-recognition-and-scene-understanding/how-good-are-detection-proposals-really/

大纲

根据文章的描述顺序，以下内容大概会是：

回顾object proposal（以下简称为OP）的各种方法，将其分类。
讨论不同OP在图片被扰动之后的在复现上的鲁棒性
讨论不同OP在PASCAL和ImageNet上的Recall，这里作者提出了Average Recall（简称AR）的一种新的标准
讨论不同OP对于实际分类的性能比较（用了DPM和RCNN这两个著名detector进行比较），以及说明了AR是一个跟性能相当相关的标准。

先上一个效果的一览表格：

注意到这里只列出了可以找到源码的方法，那么，下面一点点开始整理。

各种OP方法的回顾

作者大致将OP方法分成了两类，一类叫grouping method，一类叫window scoring method。前者是指先将图片打碎，然后再聚合的一种方法，比如selective search。后者是生成大量window并打分，然后过滤掉低分的一种方法，比如objectness。另外还有一些介乎两者之间的方法，比如multibox。

Grouping proposal methods

作者将grouping的方法继续细分为三个小类。SP，对superpixel进行聚合；GC，使用种子点然后groupcut进行分割；EC，从边缘图提取proposal。下面分别调一个进行介绍

SelectiveSearch (SP): 无需学习，首先将图片打散为superpixel，然后根据人为定义的距离进行聚合。
CPMC (GC): 随机初始化种子点，然后做graphcut进行分割，反复多次，然后定义了某个很长的特征进行排序。（所以速度超级慢）
MCG (EC): 首先用现成方法快速得到一个层次分割的结果，然后利用边缘信息进行聚合。

Window scoring proposal methods

不同于前者需要通过聚合小块来生成候选框，这里的方法是先生成候选框，然后直接打分排序来过滤掉低分的候选框。介绍两种比较出名的方法，

Bing: 训练了一个简单的线性分类器来通过类似滑窗的方式来过滤候选框，速度惊人地快，在CPU上能够达到ms级别。但是被文献[40]攻击说分类性能不是来自于学习而是几何学。
EdgeBoxes: 跟selective search一样是一个不需要学习的方法，结合滑窗，通过计算窗口内边缘个数进行打分，最后排序。

Aliternate proposal methods

multibox，目前笔者所知唯一基于CNN提取proposal的方法，通过CNN回归N个候选框的位置并进行打分，目前在ImageNet的dectection track上应该是第一的。

Baseline proposal methods

这里用了Uniform，Gaussian，Sliding Window和Superpixels作为baseline，不是重点就不展开说了。

各种OP方法对于复现的鲁棒性的讨论

这里作者提出这样的假设：一个好的OP方法应该具有比较好的复现能力，也就是相似的图片中检索出来的object应该是具有一致性的。验证的方法是对PASCAL的图片做了各种扰动（如Figure 2），然后看是否还能检测出来相同的object的recall是多少，根据IoU的严格与否能够得到一条曲线，最后计算曲线下面积得到repeatability。

这里图表很多具体请看原论文，这里直接上作者的结论，Bing和Edgeboxes在repeatability上表现最好。

各种OP方法的recall

这里提出了好的OP方法应该有着较高的recall，不然就要漏掉检测的物体了。这里讨论了三种衡量recall的方式：

Recall versus IoU threshold: 固定proposal数量，根据不同的IoU标准来计算recall
Recall versus number of proposal windows: 跟1互补，这里先固定IoU，根据不同的proposal数目来计算recall
Average recall(AR): 作者提出的，这里只是根据不同的proposal数目，计算IoU在0.5到1之间Recall。

数据集方面，作者在PASCAL VOC07和ImagNet Detection dataset上面做了测试。
这里又有不少图，这里只贴一张AP的，其他请参考原论文咯。

还是直接上结论

MCG， EdgeBox，SelectiveSearch, Rigor和Geodesic在不同proposal数目下表现都不错
如果只限制小于1000的proposal，MCG,endres和CPMC效果最好
如果一开始没有较好地定位好候选框的位置，随着IoU标准严格，recall会下降比较快的包括了Bing, Rahtu, Objectness和Edgeboxes。其中Bing下降尤为明显。
在AR这个标准下，MCG表现稳定；Endres和Edgeboxes在较少proposal时候表现比较好，当允许有较多的proposal时候，Rigor和SelectiveSearch的表现会比其他要好。
PASCAL和ImageNet上，各个OP方法都是比较相似的，这说明了这些OP方法的泛化性能都不错。

各种OP方法在实际做detection任务时候的效果

这里作者在OP之后接上了两种在detection上很出名的detector来进行测试，一个是文献[54]的LM-LLDA（一个DPM变种），另外一个自然是R-CNN了，值得注意的是，这两个detector的作者都是rbg。。。真大神也。。。
这里用了各种OP方法提取了1k个proposal，之后作比较。
也是直接给作者结论：

如果OP方法定位越准确，那么对分类器帮助会越大，因为定位越准确，分类器返回的分数会越高：
在LM-LLDA和R-CNN下，使得mAP最高的前5个OP方法都是MCG,SeletiveSearch,EdgeBoxes,Rigor和Geodesic。
分数一览如下图。
通过分析，作者发现AR和mAP有着很强的相关性：
作者用AR作为指导去tuning EdgeBoxes的参数，然后取得了更好的mAP（提高1.7个点）

全文的总结和讨论

总结：

对于repeatability这个标准，目前的OP方法效果都一般。可能通过对噪声和扰动更加鲁棒的特征能够提高OP方法的repeatablilty。但是repeatability低不代表最后mAP就低，比如SelectiveSearch，所以最后还是看要应用场景。
如果OP方法定位越准确，那么对分类器帮助会越大。所以对于OP方法来说，IoU为0.5的recall不是一个好的标准。高recall但是定位不准确，会伤害到最后的mAP
MCG,SeletiveSearch,EdgeBoxes,Rigor和Geodesic是目前表现最好的5个方法，其中速度以EdgeBoxes和Geodesic为优。
目前的OP方法在VOC07和ImageNet的表现都差不多，说明它们都有着不错的泛化性能。

讨论：

如果计算能力上去了，OP还有用吗？作者认为如果运算性能允许的话，滑动窗口加上CNN等强分类器会有着更好的效果。
作者观察到在目前OP中使用的特征（比如object boundary和superpixel），不会在分类器中使用；然后OP方法中除了MultiBox之外就没有其他OP有使用CNN特征。作者期待会有工作能够结合下这两者的优势。
最后，作者对做了三点猜测：之后top down可能会在OP中起到更加重要的作用；以后OP和detector的联系会更加紧密；OP生成的segmentation mask会起到更加重要的作用。