SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation

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SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation

• 1. SegNet——《SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation》
• 2. DeconvNet——《Learning Deconvolution Network for Semantic Segmentation》（ICCV 2015）

1. SegNet——《SegNet: A Deep Convolutional Encoder-Decoder Architecture for Image Segmentation》

• 标题：SegNet:一种用于图像分割的深度卷积编码器-解码器结构

• 论文：https://arxiv/pdf/1807.10221v1.pdf

• 代码：

  • https://github/CSAILVision/unifiedparsing（office）
  • https://github/CSAILVision/semantic-segmentation-pytorch

• 研究成果及意义

  • 在内存（参数）和准确率之间找到了很好的平衡点
  • 将编码解码结构普适化
  • 在多个场景数据集（道路、室内）中均取得了很好的结果

• 摘要：

  • 算法结构：提出了SegNet网络，其核心的训练引擎包含一个Encoder网络（采用VGG16，移除全连接层 ，和FCN一样），和一个对称的Decoder网络，即编码器-解码器结构，并跟随一个用于pixel-wise的分类层
    
  • 文章亮点：Decoder上采样的方式：与Encoder对称，通过Encoder在经过最大池化时保留的polling index 进行非线性上采样（反池化），反池化对保留边界信息有利
    
  • 比较结果：通过比较SegNet 与FCN ，DeepLab-LargeFOV , DenconvNet结构，统筹内存与准确率，Segnet实现了良好的分割效果
  • 模型评估：在Camvid （道路场景）和SUN RGB-D indoor （室内场景）数据集中均有评测，评价指标提出了在mIoU 上增加F1 的BF

• 引言（设计宗旨）

  • 近期的许多语义分割研究采用DNN ， 但是结果比较粗糙， 主要原因是max-pooling 和sub-sampling降低了特征图的分辨率
  • 道路场景理解需要算法具有appearance外形、shape形状 和理解空间关系(上下文) 的能力。由于是道路场景，因此需要网络能够产生光滑的分割，网络也必须有能力勾画出小尺寸的物体。因此在提取图片特征过程中保留边界信息（boundary localization ）很重要
  • 重用max-pooling indices 的优点 ：提高边界勾画；减少了进行端到端训练的参数；这种上采样形式可以被集成到任何encoder-decoder 架构的网络中
  • 典型的道路场景，对小目标边缘信息保留多些，这样才可以刻画的准确点
  • Pascal VOC 数据集中有少数Foreground 与Background 有明显区分，这让一些投机者可以使用类 似于边缘检测来刷分数。因此本文使用了Camvid ，SunRGBD 这两个数据集，而不是用PascalVOC 数据集
  • 场景理解希望模型能够自动识别背景，所以DCNNs （《 Semantic Image Segmentation with Deep Convolutional Nets and Fully Connected CRFS》）用CRF （Conditional random field）后处理方式不符合这个理念，场景理解要设计一个端到端的网络

• FCN的缺点 ：

  • 忽略了高分辨率的特征图，会导致边缘信息的丢失
  • FCN编码器网络中有大量的参数（124M）,但解码器网络非常小（0.5M）(其实，大部分模型编码器都差不多，主要改进在解码器)；FCN32s 效果很差，所以SegNet采用阶段性的训练过程，即先得到32s ，效果不好，则32s 和上一层解码器结合得到16s ，再看效果，直到没有进一步的性能提升

SegNet是在DeconvNet基础上提出的，所以随便说一下DeconvNet

2. DeconvNet——《Learning Deconvolution Network for Semantic Segmentation》（ICCV 2015）

• 标题：学习反卷积网络的语义分割
• 论文：https://arxiv/abs/2103.09460
• 代码：https://github/megvii-model/YOLOF
• 文章结构布局很好，值得参考
• 摘要：

  • 算法结构：提出了深度反卷积网络，编码部分使用VGG-16卷积层进行学习，解码器部分使用反卷积与反池化层进行上采样（SegNet只用了反池化层）
    
    图中，中间是两个全连接,在Decoder 部门用的反卷积（黑色方块，因为在做完Unpooling 之后，特征图虽然变大了，但是是比较稀疏的，需要通过卷积将特征密集化，而作者认为反卷积生成密集预测图比卷积能力更强，这也是和SegNet 的区别）

  • 文章亮点：由反卷积（deconvolution） 和上采样unpooling layers 组成上采样组件，逐像素分类完成预测
    

  • 特殊方式 ：将object proposal（edge box） 送入训练后的网络，整幅图像是这些proposal分割结果的组合，这样就可以解决物体太大（感受野不够大）或者太小（周围多余信息的干扰）所带来的分割问题，改进了现存的基于FCN的方法（也就加入了人工的后处理，所以不是很流行，SegNet的端到端方式更流行）

  • 模型评估：算法能识别图像中的精细结构以及不同尺度大小的目标，在PASCAL VOC 2012 数据集中取得了72.5的准确率

• 引言
  • FCN中Decoder对输入特征图，用双线性插值初始化，然后用反卷积做上采样，并将其与相应的编码器特征图组合，以产生下一个Encoder的输入
  • FCN由于感受野大小固定，当感受野小于大物体，导致错分；小物体会被当成背景而被忽略；其他论文用跳跃连接（skip architecture ）来解决，有效果，但是融合特征的方式不是处理感受野的根本办法

本文标签： ConvolutionalEncoderSegNetDeepImage