[Intensive Reading]人脸检测：SSH

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-04-18 12:05 50阅读 0赞

# 简介 #

SSH是一个用于人脸检测的one-stage检测器，提出于2017年8月，在当时取得了state-of-art的效果，论文是[《SSH: Single Stage Headless Face Detector》][SSH_ Single Stage Headless Face Detector]，SSH本身的方法上没有太多新意，更多的是在把通用目标检测的方法往人脸检测上应用。

# SSH原理 #

## 设计理念 ##

SSH（Single Stage Headless）的目的是设计一个速度快，内存占用小的网络结构，所以采用了one-stage结构，并移除了backbone的全连接层。  
但是这个速度快也是相对的，平台还是要依赖GPU，NVIDIA Quadro P6000，然后在 400 × 800 400\\times800 400×800的输入下FPS也可达到20，在 1200 × 1600 1200\\times1600 1200×1600时FPS只能到5。而且，这个时间是在没有image pyramid的情况下算出来的，但是state-of-art的效果却要加上image pyramid，加上之后会耗时会增加5倍。  
SSH中所谓的Headless，指的是去除VGG中的全连接层，文中指出VGG的全连接层有160M的参数，ResNet-101有12M的参数，占内存比较大，而且在two-stage的情况下，这些参数要计算每一个区域建议，非常耗时，所以SSH采用了全卷积的设计，总体上SSH有下面三个部分：

*  一个去除连接层的VGG作为backbone；
 *  用卷积层拉取的多层分支，共拉取三层，每一层最后输出都类似[RPN][]；
 *  用于融合上下文信息的Context Module。

## 网络结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
上图是SSH的整体网络结构，它的backbone选择了VGG结构，并从Conv4\_3，Conv5\_3拉取了两个分支，Conv5\_3后做Max pool，拉取了第三个分支。三个分支分别是M1，M2和M3，其中M1在最浅层，M3在最深层。  
在每一路分支上最后都有一个Detection Module（它是多种卷积的组合，后面会详细说明），最后在Detection Module输出的特征图上，参考[RPN][]的方法滑动输出两路分支，分别负责是不是人脸的置信度（Scores）和（Boxes）。  
值得注意的是，M1分支有一个跨层的信息融合，SSH把Conv4\_3和Conv5\_3的输出用 1 × 1 1\\times1 1×1的卷积降低了通道数量到128，并将Conv5\_3输出做上采样，最后把它们加起来。这种跨层的信息融合在通用目标检测网络中很常见，比如[YOLOv2][]里面那个奇怪的reorg操作，在SSH之后的文章中，也有很多使用了这种思想，比如[YOLOv3][]和[FPN][]。  
信息融合之后又加了一层卷积，主要是为了整合之前加操作得到的特征，然后就进入Detection Module了。

## Detection Module ##

![在这里插入图片描述][20190906174040638.png]  
上图是SSH的Detection Module，在这里能清楚的看出来最后的输出，是 w / s × h / s w/s\\times h/s w/s×h/s个 4 k 4k 4k和 w / s × h / s w/s\\times h/s w/s×h/s个 2 k 2k 2k， k k k是Anchor的数量，和RPN是一样一样的。  
此外，Detection Module还有一个Context Module。

## Context Module ##

![在这里插入图片描述][20190906174054539.png]  
Context Module是一个聚合上下文信息的模块，说白了就是多用几种尺寸的卷积核，不同的卷积核的感受区域是同的。两个 3 × 3 3\\times3 3×3的卷积核作用相当于一个 5 × 5 5\\times5 5×5的，三个 3 × 3 3\\times3 3×3的卷积核作用相当于一个 7 × 7 7\\times7 7×7的。  
所以最后Detection Module相当于有三种尺寸的卷积核 3 × 3 3\\times3 3×3， 5 × 5 5\\times5 5×5和 7 × 7 7\\times7 7×7。

## Anchor设置 ##

由于SSH用于人脸检测，它的Anchor选取和RPN有所区别，它将人脸默认为正方形，所以Anchor只有一种比例，1:1。尺寸上，每一层分支都有两个，分别是16的\{1,2\}，\{4,8\}，\{16,32\}倍，话说最大的尺寸到1472，也是够大的。

## OHEM ##

最后SSH训练的时候使用了[OHEM][]，所以SSH训练必须有一个finetune的过程，而且三层分支的OHEM是分开finetune的，一个消融实验证明，OHEM对SSH来说，影响还是挺大的：  
![在这里插入图片描述][20190906192014854.png]

# SSH性能评价 #

首先是SSH的耗时统计（NVIDIA Quadro P6000）：  
![在这里插入图片描述][20190906192221418.png]  
就像我们最开始说的那样，50ms的时间是在 400 × 800 400\\times800 400×800的输入，在 1200 × 1600 1200\\times1600 1200×1600时耗时达到了182ms。

其次是SSH的图像金字塔应用：  
![在这里插入图片描述][20190906192458549.png]  
SSH不使用金字塔时要比HR(ResNet-101)+Pyramid差上一点点，在用上金字塔后，可以超过HR(ResNet-101)+Pyramid，当然这个时候SSH自己的耗时也会上去。

最后是在Wider Face上PR曲线：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
在当时得到了state-of-art的效果，我们顺便看下在2019年9月的时候，SSH排在哪里？  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
大概在16名左右。

[SSH_ Single Stage Headless Face Detector]: https://arxiv.org/abs/1708.03979
[RPN]: https://zhangxu.blog.csdn.net/article/details/78492328
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/8be49f33fa1740e68b03c04b8d3816e5.png
[YOLOv2]: https://zhangxu.blog.csdn.net/article/details/79318396
[YOLOv3]: https://zhangxu.blog.csdn.net/article/details/99700184
[FPN]: https://zhangxu.blog.csdn.net/article/details/99988305
[20190906174040638.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/7afeb14e39c24881acc531ab6d70d592.png
[20190906174054539.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/26d6c70161f24e0a92b6b5bed50a78dc.png
[OHEM]: https://zhangxu.blog.csdn.net/article/details/100564629
[20190906192014854.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/fc25b05a91644994b8a2ee040e0d29ee.png
[20190906192221418.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/18234504823d4b899a3248049d790312.png
[20190906192458549.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/2a51c33498c5453eae8c19164899d4e1.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/b847de5c198743bc9f1e6d2f3583bbdc.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly96aGFuZ3h1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/18/219ba05b8c0047f3a29c9f5a5f64fdbf.png