Deep Learning and SVM Classification for Plant Recognition in Content-Based Large Scale Image Retrie

Deep Learning and SVM Classification for Plant Recognition in Content-Based Large Scale Image Retrieval 论⽂周报

Bálint Pál Tóth, Márton Osváth, Dávid Papp, Gábor Szűcs
CLEF 2016
（⼀种将CNN与SVM组合起来对植物识别的⽅法）

0. 基本思想概述

提出了什么以及为什么提出

植物识别是在农业还是⽣态领域都有很重要的地位，然⽽有些植物之间有很⼤的相似性，所以识别植物有时候是⼀个复杂⽽专业的⼯作。在这种情况下，⽂章提出了⼀种基于图⽚内容的识别⽅式，从7个viewpoint（茎、叶等）来分别对图⽚进⾏分类。另外为了让模型有更好的鲁棒性，⽂章针对未知类别的植物提出了⼀种⽅法来识别未知类别的植物。

怎么做

论⽂使⽤了三种⽅法来进⾏植物识别：
1 .  使⽤Fisher Vector与SVM进⾏分类
2 .  使⽤深度学习进⾏分类
3 .  集成1、2两种⽅法，并加上使⽤元数据构造的第三个分类器，集成起来进⾏分类

1. Fisher V ector & SVM

这是使⽤了传统的机器学习的⽅法来进⾏分类的，分成两个主要的步骤：

基于内容表达图⽚

这部分把RoW模型应⽤在图像上，使⽤了dense SIFT的⽅法来提取特征；模型分成3步：特征检测、特征描述以及图像表达。

对于前两个步骤，主要是使⽤了传统的dense SIFT来提取特征，再对特征使⽤PCA进⾏降维； 对于图像表达，作者对图⽚⽐较低级的特征使⽤GMM模型进⾏编码，得到Fisher-vector来描述图像。

分类

把SVM扩展成多类分类器，然后对7个viewpoint分别训练7个SVM和基于RBF的C-SVC进⾏分类。

2. Classification by Deep Learning

⽂章主要是使⽤了AlexNet来进⾏分类，主要思路是卷积层负责特征学习，带1000-way的softmax以及全连接层负责分类。

在训练之前，作者对数据进⾏了数据增强与标准化，AlexNet做了⼩⼩的改动，如下图，把ReLU改成PReLUs，并在每次max-pooling之前加上了BN。

优化算法使⽤了AdaDelta。

⽂章使⽤了三个模型集成：除了上⾯两个模型，还构造了第三个模型，即使⽤元数据构造的随机森林；根据模型最终的效果对最终的集成模型进⾏加权，

• SVM：0.3
• CNN：0.6
• metadata：0.1

另外对于未知类别的植物，作者构造了⼀个模型来识别这些图⽚并过滤掉，⽅法如下：
1 .  计算测试图⽚的FV与训练数据的最⼤距离，如果距离较远，则作为异常数据过滤掉。
2 .  如果测试图⽚的分类决策值⼩于0.3，也作为异常值过滤掉。

作者基于7个viewpoint训练了7个SVM，进⾏分类的时候，根据图⽚的viewpoint使⽤对应的SVM进⾏分类。

然⽽由于不⼀定所有图⽚都有viewpoint，所以对于图⽚中没有viewpoint的数据，作者对这7个SVM的决策值进⾏加权平均，每个viewpoint对应的SVM赋予不同的权重，得出的结果作为该样本的标签。

4. 个⼈理解

对RoW应⽤在图像上的理解

2006年，Li Feifei将RoW应⽤在object recognition上，我去查了相关资料，然后谈⼀下我的理解。

把RoW应⽤在图像上的⽅法主要分三个步骤：

⽅法主要分三个步骤：
1 .  特征提取
在本⽂中，作者是⽤dense SIFT来提取特征的，那我以SIFT特征为例，每张图像可以提取出多个关键点，⼀个关键点标记为⼀个patch。由于是SIFT提取，所以每⼀个patch应该由⼀个128维的特征向量表⽰。

对应原来的RoW模型（Row模型原本是应⽤于⽂本的），其实每⼀个patch就是⼀个单词。

2 .  字典构建
对上⼀步得到的特征向量，即所有的patch进⾏聚类, 能得到K个聚类中⼼，每个聚类中⼼就对应于词典中的单词，每个单词⼜由128维的特征向量表⽰，所以假设字典⼤⼩为m，我认为在图像上的“字典”可以理解为⼀个m x 128的矩阵。

3 .  对每张图⽚进⾏字典表⽰
对于每张图⽚，

• 先初始化⼀个全0的m维的向量v；
• 再计算测试图像每个patch与字典中单词的距离，距离patch最近的单词的在向量v上对应的分量计数加1；
• 将所有patch计算完毕后的向量即为图像的字典表⽰，即表⽰为⼀个m维的向量。