[神经网络]DETR目标检测网络

一、概述

        相较于传统目标检测，DETR是一种纯端到端的网络。它不再需要NMS(非极大值抑制，用于去除多余的预测框)和生成anchor。

        DETR提出了一个新的目标函数（二分图匹配），这个函数可以强制网络输出一个独一无二的预测值（没有冗余的预测框）。

二、网络结构

         DETR的前向流程如上图所示：①使用一个CNN抽取图片的特征；②将这个特征拉平；③将拉平后的特征送入Transformer的encoder-decoder单元；④由decoder输出预测框的信息（出框的信息是一个超参数，原文为100）⑤利用二分图匹配的方式将Ground Truth与预测结果进行匹配，对于匹配成功的框才会进一步计算loss（没有匹配成功的框将会被标记为no object<背景类>）

        1.基于集合的目标函数

                DETR的输出是一个固定集合（固定数目）。为了在这些集合中找到正确的预测框，DETR采用了一个二分图匹配的方法来解决这个问题。具体做法是：将n个预测框和x个Ground Turth构建成一个cost matrix（代价矩阵），通过算法在其中找出代价最小的排列。

                        

                         矩阵中的内容为损失函数（分类Loss和框体Loss），公式即可写为：

                 这个公式的意义是：在二分图匹配的基础上计算两个loss（分类Loss和框体Loss），其中对于第一个loss，由于要与第二个loss取值范围一致，其log被去除且实验表明并不会影响结果；对于第二个loss，由于L1-Loss会对大物体敏感，所以采用generalized iou loss来计算（与物体大小无关）。

        2.整体网络框架

                ①默认图片输入大小为1066x800x3，经过卷积网络提取特征，得到输出2048x25x34；然后经过一个1x1卷积进行通道调整（降维）得到256x25x34。

                ②将特征拉平（850*256），并为其叠加位置编码（256x25x34）

                ③将序列输入Encoder中，计算自注意力

                ④将结果输入Decoder，进行解码输出；这里引入一个object query（一个可学习，维度为100*256），在每个decoder会先做一次object query的自注意力操作用于移除冗余框（第一个decoder可以不做）

                 ⑤将特征输入检测头（FFN-MLP），进行预测。

三、代码

         出自原文的DETR42最简结构