Deeper Depth Prediction with Fully Convolutional Residual Networks(FCRN)全卷积残差网络

Posted 2022-12-09 杨治中

Deeper Depth Prediction with Fully Convolutional Residual Networks(FCRN)全卷积残差网络

无限之阿尔法

于 2020-07-04 17:34:11 发布

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FCRN全卷积残差网络
FCRN网络结构
FCRN的设计与贡献
一种改进的方法
参考博客

FCRN全卷积残差网络是单目深度估计的一种方法。在FCN全卷积网络的基础上尝试了更深层次的网络带来的好处。

FCRN网络结构
上图中前两行是一个pretrained的ResNet50结构，最后一行为一系列反卷积的结构，使输出图片与输入图片大小近似相等。

FCRN延续了FCN（全卷积网络）的特点，直接去掉了全连接层，取而代之的是一个新的上采样结构．整个网络可以看做是一个encoder-decoder的过程。

插一句去掉全连接层的优点：
第一，是全连接层几乎拥有整个网络的90%以上的参数，去掉全连接层可以更好的利用GPU；
第二，全连接层固定了网络输入输出的大小，只有固定大小的图片才能够被处理。利用encoder-decoder就可以直接处理几乎所有的图片大小。

FCRN的设计与贡献
1.设计Res-Block
反池化是提升图片的分辨率。作者首先使用了图a结构，过2 * 2的un-pooling层，没有值的地方填补0，之后过5 * 5的卷积，使让所有有0的地方都能被卷积到，过relu。采用4个这种结构是综合内存与分辨率的考量，如果使用5块，内存增加且分辨率不会有改善。作者又在该基础上，设计了图c所示的res-block的结构。

2.利用小卷积核使up-convolution更加的有效，降低参数，减少训练时间。
在原有的结构中存在un-pooling（上池化）操作，在实验中发现会导致结果中出现过多 0 值，导致卷积操作无意义。于是采用4种不同的小卷积来代替5*5卷积核，分别进行计算，之后叠加feature map，获得更好的训练效果。

3.使用了huber做loss

Huber loss具备了MAE和MSE各自的优点，当值在C范围内为|X|就退化成了MAE（L1范式）,而当超过C时就则退化为了MSE（L2范式）。Huber 对两种损失都有了一种平衡。大残差的时候使用L2项，同时，对于小残差梯度，L1效果比L2要好。这也使 Huber 对异常点更加鲁棒。

一种改进的方法
利用HKU-IS显著性数据集进行测试，结果如下：
可以看出结果是存在过拟合的。为了进一步增强网络的泛化能力，对原模型做以下改进：
1）在含有 Skip 跳层连接和projection连接的运算中，在第三层卷积中加入了与前两层一样的 Relu 激活函数，同时在最后输出时加入了卷积运算（核 1*1，步长为 1），如下图紫圈标记。
2) 在上采样(up-projection)中，在最后输出时加入了正则化，如下图 3 紫圈标记。
3）在网络结构上有所修改，主要增加了 skip 的操作次数,如下图。
最终测试结果如下：
可以看到，改进后的模型在一些细节上的表现更加出色。
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