FPN论文解读（附网络结构层次代码）

这篇论文是CVPR2017年的文章，采用特征金字塔做目标检测，有许多亮点,解决了多尺度目标的检测问题。

# 论文题目

FeaturePyramidNetworksforObjectDetection

论文链接：https://arxiv.org/abs/1612.03144

#论文解读

FPN网络结构

图a 多尺度金字塔这是一个特征图像金字塔，整个过程是先对原始图像构造图像金字塔，然后在图像金字塔的每一层提出不同的特征，然后进行相应的预测。这种方法的缺点是计算量大，需要大量的内存；优点是可以获得较好的检测精度。

图b 浅层的网络更关注于细节和位置信息，高层的网络更关注于语义信息，而高层的语义信息能够帮助我们准确的检测出目标，因此我们可以利用最后一个卷积层上的feature map来进行预测。

图c 同时利用低层特征和高层特征，分别在不同的层同时进行预测，这是因为我的一幅图像中可能具有多个不同大小的目标，区分不同的目标可能需要不同的特征，对于简单的目标我们仅仅需要浅层的特征就可以检测到它，对于复杂的目标我们就需要利用复杂的特征来检测它。整个过程就是首先在原始图像上面进行深度卷积，然后分别在不同的特征层上面进行预测。

图d（FPN网络）首先我们在输入的图像上进行深度卷积，然后对Layer2上面的特征进行降维操作（即添加一层1x1的卷积层），对Layer4上面的特征就行上采样操作，使得它们具有相应的尺寸，然后对处理后的Layer2和处理后的Layer4执行加法操作（对应元素相加），将获得的结果输入到Layer5中去。其背后的思路是为了获得一个强语义信息，这样可以提高检测性能。其实看下面的代码就可以明白，把卷积之后的{Ck}层和上采样之后的{Pk}层进行相加，目的是把低层次高分辨率的信息和高层次强语义的信息结合起来，提高检测性能和小目标识别。

FPN+Resnet网络结构如下所示：

#网络架构实现代码

# Build the shared convolutional layers.
# Bottom-up Layers
# Returns a list of the last layers of each stage, 5 in total.
# 扔掉了C1
_, C2, C3, C4, C5 = resnet_graph(input_image, "resnet101", stage5=True)
# Top-down Layers
# TODO: add assert to varify feature map sizes match what's in config
P5 = KL.Conv2D(256, (1, 1), name='fpn_c5p5')(C5)
P4 = KL.Add(name="fpn_p4add")([KL.UpSampling2D(size=(2, 2), name="fpn_p5upsampled")(P5),KL.Conv2D(256, (1, 1), name='fpn_c4p4')(C4)])
P3 = KL.Add(name="fpn_p3add")([KL.UpSampling2D(size=(2, 2), name="fpn_p4upsampled")(P4),KL.Conv2D(256, (1, 1), name='fpn_c3p3')(C3)])
P2 = KL.Add(name="fpn_p2add")([KL.UpSampling2D(size=(2, 2), name="fpn_p3upsampled")(P3),KL.Conv2D(256, (1, 1), name='fpn_c2p2')(C2)])
# 把每个{Pk}层都乘以一个3*3的卷积生成特征图.
P2 = KL.Conv2D(256, (3, 3), padding="SAME", name="fpn_p2")(P2)
P3 = KL.Conv2D(256, (3, 3), padding="SAME", name="fpn_p3")(P3)
P4 = KL.Conv2D(256, (3, 3), padding="SAME", name="fpn_p4")(P4)
P5 = KL.Conv2D(256, (3, 3), padding="SAME", name="fpn_p5")(P5)
# P6 is used for the 5th anchor scale in RPN. Generated by
# subsampling from P5 with stride of 2.
P6 = KL.MaxPooling2D(pool_size=(1, 1), strides=2, name="fpn_p6")(P5)
# Note that P6 is used in RPN, but not in the classifier heads.
rpn_feature_maps = [P2, P3, P4, P5, P6]
mrcnn_feature_maps = [P2, P3, P4, P5]