目标检测算法发展综述

一、目标检测算法

主流的目标检测算法大致分为one-stage与two-stage。
two-stage算法代表有R-CNN系列，one-stage算法代表有Yolo系列。自己理解，two-stage算法将步骤一与步骤二分开执行，输入图像先经过候选框生成网络（例如faster rcnn中的RPN网络），再经过分类网络，对候选框的内容进行分类；one-stage算法将步骤一与步骤二同时执行，输入图像只经过一个网络，生成的结果中同时包含位置与类别信息。two-stage与one-stage相比，精度高，但是计算量更大，所以运算较慢。
简单时间线：

目标检测算法分类：

二、目标检测算法存在的问题

1.目标种类与数量问题：同一幅图下要识别的物体类别和数量可能同时存在多个，在要识别的目标密度非常大时就可能出现像相互遮挡的问题。
2.目标尺度问题：同一幅图下同一类别的物体可能因为透视原理的印象，变得有大有小。尤其是有时候目标的大小可能会变得非常小。
3.外在环境干扰问题：由于光照等问题引起的图片质量问题。
4.目标检测和目标分割：目标识别、目标检测、语义划分、实例检测

三、目标检测算法的基本流程

候选框的选择是依靠滑动窗口来选择的。

四、传统的目标检测算法

1.Viola-Jones（VJ人脸检测算法）

• Haar特征抽取（Opencv中有这个特征提取包）
  
• 训练人脸分类器（Adaboost算法）
  
• 滑动窗口选取候选框

2.HOG + SVM（行人检测，使用Opencv实现）

• 提取HOG特征
  
• 训练SVM分类器
  这里的SVM是二分类分类法。（我们会使用现成的包就好，不一定需要自己去实现，最好自己手动写一下。）
  SVM又叫支持向量机，所谓支持向量正是图中所画的虚线上的点，他们对最后分类的结果影响较大。
  
• 利用滑动窗口提取目标区域，进行分类判断
• NMS
• 输出检测结果

3.DPM（物体检测）

• DPM特征提取
  
  
• HOG的扩展
• 使用SVM训练得到物体的梯度

补充——NMS

五、基于深度学习的目标检测算法

1.Two-Stage算法（段到段）

• 使用各种CNN卷积神经网络作为backbone主干网络，进行特征提取
• 然后进行一步粗分类（区分前景和后景）和粗定位（anchor），也就是说在上图的“产生候选区域CNN特征”之前还应该有一个框“使用RPN网络产生候选区CNN特征”
• 段到段的目标检测
• 准确度高但速度较one-stage慢
  

2.One-Stage算法（端到端）

• 使用CNN卷积特征
• 直接回归物体的类别概率和位置坐标值
• 准确率低但速度快
  

3.对比

• 双阶段精度高但速度慢，单精度速度快但精度稍逊。
• 双阶段目标检测器采用了两段结构采样来处理类别不均衡的问题（意思就是在同一张图片中需要进行检测的目标太少，不需要检测的背景信息太多），一阶段中：rpn使正负样本更加均衡（先粗分类，区分前后景），再粗回归，使用Anchor来拟合bbox，然后再二阶段精调。
• One stage detector 的一个通病就是既要做定位又要做classification。最后几层1x1 conv layer的loss混在一起，并没有什么专门做detection或者专门做bbox regression的参数，那每个参数的学习难度就大一点。
• Two stage detector 的第一个stage相当于先拿一个one stage detector来做一次前景后景的classification + detection。这个任务比 one stage detector 的直接上手N class classification + detection要简单很多。有了前景后景，就可以选择性的挑选样本使得正负样本更加均衡，然后拿着一些参数重点训练classification。训练classification的难度也比直接做混合的classification和regression 简单很多。
• 双阶段其实就是把一个复杂的大问题拆分成更为简单的小问题。各个参数有专攻，Two Stage Detector 在这个方面是有优势的。但one stage detector 里如果用了 focal loss 和 separate detection/classification head 那效果跟 two stage detector 应该是一样的。