一种提升深度多视角行人检测的泛化性能的方法 Bringing Generalization to Deep Multi-View Pedestrian Detection

一种提升深度多视角行人检测的泛化性能的方法 Bringing Generalization to Deep Multi-View Pedestrian Detection

论文url： https://openaccess.thecvf.com/content/WACV2023W/RWS/html/Vora_Bringing_Generalization_to_Deep_Multi-View_Pedestrian_Detection_WACVW_2023_paper.html

论文简述

论文提出了一种用于多视角行人检测的深度学习模型，旨在提高模型在不同摄像机数量、不同摄像机配置和新场景下的泛化能力。

总体框架图

输入

$ {N} $ 个校准的RGB摄像头图像，图像尺寸为( 3 , $ {H}{i} $ , $ {W} $)，其中 $ {H}{i} $ 和 $ {W} $ 分别代表图像的高度和宽度。

DropView Regularization

• 操作：在训练过程中，对于每批次视角样本，随机选择一个或多个视角进行丢弃，即不使用这些视角图进行训练。
• 作用：迫使模型学习到不依赖于任何单一视角的特征表示，这一操作也可以看作数据增强，模拟了在实际应用中可能遇到的摄像头失效或视角遮挡等情况，从而使模型在面对不完整数据时仍能保持性能。提高了鲁棒性，增强了泛化能力。

特征提取模块（Feature Extraction）

• 操作：使用ResNet18作为特征提取的主干网络，并将最后三层的步长大卷积替换为空洞卷积（dilated convolutions），以获得更高空间分辨率的特征图。
• 输出： $ {N} $ 个摄像头视图的特征，尺寸为( $ {N} $ , $ {C} $ , $ {H}{f} $ , $ {W} $ )，其中 $ {C} $ 是通道数（特征数）， $ {H}{f} $ 和 $ {W} $ 是提取的特征图的高度和宽度。

透视变换（Perspective Transformation）

• 对于每个视角的特征图，使用透视变换将其从相机坐标系映射到世界坐标系中的地面平面（鸟瞰图）上。
• 透视变换考虑了相机的内参 $ {K} $ 和外参 $ {[R|t]} $，其中内参包括焦距和主点坐标，外参包括旋转和平移向量。
• 变换过程中，定义一个地面平面，通常假设为 $ {Z=0} $ 的平面，即 $ {W = (X, Y, 0, 1)^T} $ 。每个像素点 $ {(x, y)} $ 从图像坐标系通过以下变换映射到地面平面坐标系：
  
  
  
  其中 $ {s} $ 是缩放因子, $ {P} $ 是透视变换矩阵，$ {(X, Y, Z)} $ 是世界坐标系中的点。
• 输出：投影到地面平面上的 $ {N} $ 个特征图，尺寸为 $ {(N, C, H_{g}, W_{g})} $ ，其中 $ {H}{g} $ 和 $ {W} $ 是地面平面网格的高度和宽度。

平均池化（Average Pooling）

• 对所有视图的投影特征图进行平均池化，得到最终的鸟瞰图特征表示 $ {F} $ ，尺寸为 $ {(C, H_{g}, W_{g})} $ 。
• 特点：在多视角检测中，摄像头的物理排列可能会变化，但模型应该能够独立于特定的摄像头排列来检测行人。平均池化操作是排列不变的，这意味着无论摄像头的输入顺序如何，模型的输出都是一致的，从而提高了模型的泛化能力。

占用图预测（Occupancy Map Prediction）

• 使用三层空洞卷积层去预测行人占用概率图，输出尺寸为 $ {(H_{g}, W_{g})} $ 。（参考MVDet）

损失函数设计

• 输入：模型输出的概率占用图 $ {(p)} $ 和真实标注的占用图 $ {(g)} $ 。
• 结合KL散度(KLDiv)和皮尔逊交叉相关系数(CC)作为损失函数，公式如下：
  
  
  
  $ {σ(p,g)} $ 是 $ {p,g} $ 的协方差， $ {σ(p)} $ 是 $ {p} $ 的标准差， $ {σ(g)} $ 是 $ {g} $ 的标准差。

后记

• 有意思的是该作者不仅仅使用了MultiViewX和WildTrack这两个普遍的数据集，并且还用GTAV里面的拍照模式采样了一些样本。