论文笔记 Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation

 Stacked Hourglass Networks for Human Pose Estimation

key words:
人体姿态估计 Human Pose Estimation 给定单张RGB图像，输出人体某些关键点的精确像素位置.
堆叠式沙漏网络 Stacked Hourglass Networks
多尺度特征  Features processed across all scales
特征用于捕捉人体的空间关系 Capture spatial relationships associated with body
中间监督 Intermediate supervision

图 - Stacked Hourglass Networks由多个 stacked hourglass 模块组成，通过重复进行bottom-up, top-down推断以估计人体姿态.

沙漏设计 Hourglass Design

动机：捕捉不同尺度下图片所包含的信息.
局部信息，对于比如脸部、手部等等特征很有必要，而最终的姿态估计需要对整体人体一致理解. 不同尺度下，可能包含了很多有用信息，比如人体的方位、肢体的动作、相邻关节点的关系等等.

Hourglass设计：

图 - 单个hourglass模块示例. 图中个方框分别对应一个residual模块. 整个hourglass中，特征数是一致的.

hourglass设置：
首先Conv层和Max Pooling层用于将特征缩放到很小的分辨率；
每一个Max Pooling(降采样)处，网络进行分叉，并对原来pre-pooled分辨率的特征进行卷积；
得到最低分辨率特征后，网络开始进行upsampling，并逐渐结合不同尺度的特征信息. 这里对较低分辨率采用的是最近邻上采样(nearest neighbor upsampling)方式，将两个不同的特征集进行逐元素相加.
整个hourglass是对称的，获取低分辨率特征过程中每有一个网络层，则在上采样的过程中相应低就会有一个对应网络层.

得到hourglass网络模块输出后，再采用两个连续的 1×1 Conv层进行处理，得到最终的网络输出.
Stacked Hourglass Networks输出heatmaps的集合，每一个heatmap表征了关节点在每个像素点存在的概率.
Residual模块提取了较高层次的特征（卷积路），同时保留了原有层次的信息（跳级路）。不改变数据尺寸，只改变数据深度。可以把它看做一个保尺寸的高级“卷积”层。

中间监督 Intermediate Supervision

Hourglass网络输出heatmaps集合(蓝色方框部分)，与真值进行误差计算。 其中利用1×1的Conv层对heatmaps进行处理并将其添加回特征空间中，作为下一个hourglass model的输入特征。每一个Hourglass网络都添加Loss层.Intermediate Supervision的作用在[2]中提到：如果直接对整个网络进行梯度下降，输出层的误差经过多层反向传播会大幅减小，即发生vanishing gradients现象。 

为解决此问题，[2]在每个阶段的输出上都计算损失。这种方法称为intermediate supervision，可以保证底层参数正常更新。

堆栈沙漏与中级监督  Stack Hourglass with Intermediate Supervision

　　正如本文开头所示，网络的核心结构为堆叠多个hourglass model，这为网络提供了重复自下而上，自上而下推理的机制，允许重新评估整个图像的初始估计和特征。实现这一过程的核心便是预测中级热度图并让中级热度图参与loss计算。

　　如果对单一的Hourglass Model进行Intermediate Supervision，监督放在哪个位置比较合适呢？如果在网络进行上采样后提供监督，那么在更大的全球堆叠沙漏网络人类姿势估计上下文中，无法相对于彼此重新评估这些特征;如果在上采样之前监督，此时，给定像素处的特征是处理相对局部感受野的结果，因此不知道关键的全局线索。本文提供的解决方式是repeated bottom-up,top-down inference with Stacked hourglass(图解在本文文首)，通过该方式， the network can maintain precise local information while considering and then reconsidering the overall coherence of the features。

Reference:

[1] https://blog.csdn.net/shenxiaolu1984/article/details/51094959

[2] Wei, S.E., Ramakrishna, V., Kanade, T., Sheikh, Y.: Convolutional pose machines. Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2016 IEEE Conference on (2016)

[3] https://blog.csdn.net/zziahgf/article/details/72732220