物体检测之选择性搜索(Selective Search)

本文主要是介绍物体检测之选择性搜索(Selective Search)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

0 概述

本文牵涉的概念是候选区域（Region Proposal ），用于物体检测算法的输入。无论是机器学习算法还是深度学习算法，候选区域都有用武之地。

本文的来源是翻译参考资料里的《Selective Search for Object Detection (C++ / Python)》，这是国外一个大神的博客，讲的是择性搜索(Selective Search)这一种产生候选区域的算法。这个算法并不是那个博主的原创，原创是2013年的一篇论文，我发现国内很多博客都做了介绍。

由于本人想系统的把从机器学习到深度学习的物体检测算法捋一遍，所以在此把国外大神的博客翻译一下，另外加一些自己的理解。

1 物体检测和物体识别

物体识别是要分辨出图片中有什么物体，输入是图片，输出是类别标签和概率。物体检测算法不仅要检测图片中有什么物体，还要输出物体的外框（x, y, width, height）来定位物体的位置。

物体检测的核心就是物体识别。

为了定位物体，我们需要选择一些子区域并在子区域上运行物体识别算法。物体的位置就是物体识别算法返回最高概率的子区域内。

产生候选子区域的最直接的方法就是滑窗法，但是这种办法效率比较低，一般使用‘候选区域’算法，而择性搜索(Selective Search)就是最流行的候选区域产生算法之一（个人理解：这个最流行可能是针对论文那两年说的，现在深度学习都是使用网络产生候选区域，不用算法生成了）。

1.1 滑窗法

在滑窗方案中，我们要使用一个小窗口遍历搜索整张图片，在每个位置上对滑窗内的图片做物体识别算法。不仅要搜索不同的位置，还要遍历不同的大小，工作量可想而知。

问题还没完，对于人脸和人体这种长宽比基本固定的物体还好，对于长宽不固定的物体，搜索起来简直就是噩梦，计算量直接飙升。

1.2 候选区域（Region Proposal）算法

滑窗法的问题可以使用候选区域产生算法解决。这些算法输入整张图片，然后输出可能有物体的候选区域位置，这些候选区域可以有噪声或者重叠，或者和物体的重合度不是很好，这都不要紧，只要这些区域里有一个和实际物体的位置足够接近就行。因为不好的候选区域会被物体识别算法过滤掉。

候选区域算法用分割不同区域的办法来识别潜在的物体。在分割的时候，我们要合并那些在某些方面（如颜色、纹理）类似的小区域。相比滑窗法在不同位置和大小的穷举，候选区域算法将像素分配到少数的分割区域中。所以最终候选区域算法产生的数量比滑窗法少的多，从而大大减少运行物体识别算法的次数。同时候选区域算法所选定的范围天然兼顾了不同的大小和长宽比。

候选区域算法比较重要的特征就是要有较高的召回率。我们要通过这种方法保证拥有物体的区域就在候选区域列表里。所以我们不介意有很多区域什么都有，这都没关系，物体检测算法会过滤掉他们，虽然会浪费一点时间。

目前已有不少成熟的后续区域产生算法：

• Objectness
• Constrained Parametric Min-Cuts for Automatic Object Segmentation
• Category Independent Object Proposals
• Randomized Prim
• Selective Search

由于Selective Search又快召回率又高，这个方法是最常用的。说了这么多，终于牵出本文的主角了。

1.2.1 物体检测之选择性搜索(Selective Search)

选择性搜索算法用于为物体检测算法提供候选区域，它速度快，召回率高。

选择性搜索算法需要先使用《Efficient Graph-Based Image Segmentation》论文里的方法产生初始的分割区域，然后使用相似度计算方法合并一些小的区域。

下列两张图分别是原图和原始分割图：

我们不能使用原始分割图的区域作为候选区域，原因如下：

1. 大部分物体在原始分割图里都被分为多个区域
2. 原始分割图无法体现物体之间的遮挡和包含。

如果我们试图通过进一步合并相邻的区域来解决第一个问题，我们最终会得到一个包含两个对象的分段区域。

我们不要需要完美的的分割区域，我们只想要和实际物体高度重合的区域就行了。

选择性搜索算法使用《Efficient Graph-Based Image Segmentation》论文里的方法产生初始的分割区域作为输入，通过下面的步骤进行合并：

1. 首先将所有分割区域的外框加到候选区域列表中
2. 基于相似度合并一些区域
3. 将合并后的分割区域作为一个整体，跳到步骤1

通过不停的迭代，候选区域列表中的区域越来越大。可以说，我们通过自底向下的方法创建了越来越大的候选区域。表示效果如下：

1.2.1.1 相似度

选择性搜索算法如何计算两个区域的像素度的呢？

主要是通过以下四个方面：颜色、纹理、大小和形状交叠

最终的相似度是这四个值取不同的权重相加

1.2.1.2 效果

opencv实现了选择性搜索算法，可以给出上千个根据有物体的可能性降序排列的候选区域。

下图是画出了前面200250个候选区域的效果。一般来说。10001200个候选区域基本能胜任物体检测的任务了。

2 参考资料

Selective Search作者网站

国外的博客：Selective Search for Object Detection (C++ / Python)

国内翻译的上面的博客：选择性搜索（selective search）

国内的博客：Selective Search for Object Recognition

国内博客2：目标检测–Selective Search for Object Recognition(IJCV, 2013)

图像分割：Efficient Graph-Based Image Segmentation

这篇关于物体检测之选择性搜索(Selective Search)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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