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R-CNN算法是目标检测领域的重要里程碑之一,该算法成功地将深度学习技术应用于目标检测,开创了历史新篇章。2012年AlexNet在ImageNet LSVRC中取得突破性成绩后,R-CNN的作者希望将AlexNet的图像分类能力迁移到PASCAL VOC目标检测任务中。这一目标需要解决两个关键问题:如何利用卷积网络进行目标定位,以及如何在小规模的数据集上训练出高性能的网络模型。
针对目标定位问题,R-CNN采用了候选区域(Region Proposal)的方法,这也是该算法得名的由来。通过生成一系列候选区域,结合与CNN特征提取的结果,从而实现对目标的定位。为了应对小规模数据集的训练挑战,R-CNN利用了AlexNet网络在ImageNet上的预训练模型进行微调,同时结合小规模、针对性的数据增加训练样本,使得模型性能得以显著提升。
R-CNN的完整流程可以分为以下几个关键步骤:
候选区域的生成:
通过Selective Search算法对图像进行分割,得到原始候选区域,然后通过合并策略生成层次化的区域结构。这一层次化的区域结构能够有效覆盖图像中的潜在目标区域。特征提取:
将生成的2000个候选区域调整为227×227的尺寸,作为输入,发送到预训练好的AlexNet卷积神经网络中,提取4096维特征,形成2000×4096维的特征矩阵。分类与非极大值抑制:
将提取的4096维特征与20个SVM分类器结合,计算每个候选区域对应的类别得分。通过非极大值抑制(Non-Maximum Suppression,NMS)进一步优化,删除同一类中得分较低且与其他候选区域重叠较高的区域,确保每个类别只保留部分最优的候选框。回归调整:
使用20个回归器对剩余的候选框进行位置精细修正,最终生成对应类别的准确目标边界框输出。R-CNN在实践中面临以下主要问题:
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