【SOLO】实例分割论文SOLO: Segmenting Objects by Locations详解

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🌞🌞1.摘要

🌳🌳2.创新点

🌼🌼3.网络结构

🎃🎃3.1背景

🎃🎃3.2SOLO网络

💜类别分支

💜mask分支

🎃🎃3.3解耦SOLO

🍁🍁4.结果

🌾🌾4.1精度指标

🌾🌾4.2消融实验

❤️FPN的网格数量影响

❤️卷积对比编辑

❤️loss函数对比编辑

❤️head深度对比

❤️input-size对比

❤️error 分析对比

🌾🌾4.3结果

💐💐5.启发

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🌞🌞1.摘要

我们提出了一种新的、极其简单的实例分割方法。与许多其他密集预测任务相比，例如语义分割，它的实例个数是任意的，使实例分割变得更具挑战性。为了预测每个实例的掩码，主流方法要么遵循“检测然后分割”策略（例如，Mask R-CNN），或者首先预测嵌入向量，然后使用聚类技术将像素分组为单独实例。我们从以下角度看待实例分割的任务通过引入“实例”的概念，提供了一个全新的视角类别，它将类别分配给实例中的每个像素根据实例的位置和大小，从而很好地将实例分割转换为单次分类可解决的问题。我们展示一个更简单、更灵活的实例分割框架，具有强大的性能，达到与 Mask R-CNN 相当的精度，并且在精度方面优于最近的单次实例分割器。我们希望这个简单而强大的框架可以作为除了实例分割之外，还能作为许多实例级识别任务的基线。

🌳🌳2.创新点

端到端训练，且无需后处理
只需要mask的标注信息，无需 bbox 标注信息
在 MASKCOCO 上实现了和 Mask R-CNN 基本持平的效果
SOLO 只需要解决两个像素级的分类问题，类似于语义分割
SOLO 通过离散量化，将坐标回归转化为分类问题，可以避免启发式的坐标规范化和 log 变换，通常用于像 YOLO 这样的检测器中，适用与实例级目标识别任务。

🌼🌼3.网络结构

🎃🎃3.1背景

作者先卖个关子，说明目前实例分割方法可以分为两类，即自上而下和自下而上。

第一种：即“检测然后分段”，首先检测边界框，然后对每个边界框中的实例掩码进行分段。
第二种：学习亲和关系，通过推动为每个像素分配一个嵌入向量，来实现远离属于不同实例的像素，并拉进同一实例中的临近像素。然后需要进行分组后处理来分离实例。

这两种范例都是逐步和间接的，它们要么严重依赖于准确的边界框检测，要么依赖于每像素嵌入学习和分组处理。那么基于以上问题的思考，作者引出自己的解决思路。

首先重新思考一个问题：图像中的对象实例之间的根本区别是什么？

对MSCOCO数据集的验证数据集进行了分析，发现36780个对象中98.3%的实例对象之间的中心点距离都超过了30个像素。而在剩下的1.7%中，40.5%两个实例对象大小比例超过了1.5倍比例。基于此，我们完全可以推论：利用目标的Center locations和目标的Sizes是否就能较好表示不同的实例对象？这也就是作者提出的实例类别的概念：实例的中心点位置和形状。

下一步就是如何基于实例类别实现实例分割？

实例分割和语义分割在算法处理上最大的不同就是，实例分割需要处理同类别的实例重叠或粘连的问题。那么如果将不同的实例分配到不同的输出channel上，不就可以解决这个问题了吗？本文作者正是这种思路，不过这样也面临两个问题: 一是通道分配顺序的问题，语义分割是根据类别进行通道分配的。而对于实例分割，相同类别的不同实例需要分配到不同通道上，需要解决按照什么样的规则分配。二是尺度问题，不同尺度的物体利用相同大小的输出来预测会导致正负样本不平衡，以及小目标分割边缘不够精细的问题。所以作者利用位置来分配实例应该落入哪一个通道，利用FPN来解决尺度问题。

🎃🎃3.2SOLO网络

SOLO网络的本质就是：将实例分割问题转化为两个问题：类别预测+实例掩膜生成

将输入图像分成S × S个小方格
每个通道表示对应的Positive的一个格子的分割结果。这里所谓的Positive指的是，只要这个格子在任何一个Groud Truth的中心区域里，就将这个格子认为是Positive的。
如果目标的中心落到格子里边，则这个格子要输出实例的语义类别（semantic category）+ 分割实例mask(segmenting instance mask)
每个格子的semantic category：输出C维的语义类别概率
最后将semantic category和instance mask 一对一关联

这里有一个重要假设：每个格子都只属于一个单独的实例。每个格子仅仅属于（可以分配）一个语义类别。

缺点：不好解决两个物体有重叠的情况或者一个格子里多个实例。

💜类别分支

图像经过全卷积网络（FCN）后进入两个分支的预测。一个类别分支，预测每个网格所处的物体类别，每个网格对应一个C维类别向量（C为类别数），总的类别矩阵大小为S x S x C；一个mask分支预测每个网格所属的物体mask，总的mask矩阵大小为H x W x （S x S）。

💜mask分支

mask是不关乎类别的，无论是什么物体，只要该物体落入了这个网格，mask 分支都预测它的mask。如图所示：在中间两个长颈鹿存在的网格中，分割的mask是两者都有的。