在介紹Fast R-CNN之前我們先介紹一下SPP Net

一、SPP Net

SPP：Spatial Pyramid Pooling（空間金字塔池化）

眾所周知，CNN一般都含有卷積部分和全連接部分，其中，卷積層不需要固定尺寸的圖像，而全連接層是需要固定大小的輸入。

所以當全連接層面對各種尺寸的輸入數據時，就需要對輸入數據進行crop（crop就是從一個大圖扣出網絡輸入大小的patch，比如227×227），或warp（把一個邊界框bounding box的內容resize成227×227）等一系列操作以統一圖片的尺寸大小，比如224*224（ImageNet）、32*32(LenNet)、96*96等。

所以，在R-CNN中，才會將每個Region Proposal縮放成（wrap）成統一的227x227并輸入到CNN。

但warp/crop這種預處理，導致問題要么被拉伸變形，要么物體不全，限制了識別精確度。換句話說，一張16:9的圖片硬是被resize成1:1，你說圖片失真不？

二、SPP Net的特點

1. SPP不在限制輸入圖像的尺度，在最后一個卷積層，接入了金字塔池化，保證傳到下一層全連接層的輸入固定。

簡言之，CNN原本只能固定輸入，固定輸出，CNN加上SPP之后，便能任意輸入、固定輸出。

ROI池化層一般跟在卷積層后面，此時網絡的輸入可以是任意尺度的，在SPP layer中每一個pooling的filter會根據輸入調整大小，而SPP的輸出是固定維數的向量，然后給到全連接FC層。

2. 只對原圖提取一次卷積特征，得到整張圖的卷積特征feature map，然后找到每個候選框在feature map上的映射patch，將次patch作為每個候選框的卷積特征輸入到SPP layer和之后的層，完成特征提取工作。節省了大量的時間，比R-CNN有100倍左右的提速

三、Fast R-CNN

Fast R-CNN就是在R-CNN的基礎上采納了SPP Net的方法，使得性能進一步提高。

與R-CNN相比，Fast R-CNN主要有兩點不同：一是最后一個卷積層加入了ROI pooling layer，二是損失函數使用了多任務損失函數（multi-task loss），將邊框回歸Bounding Box Regression直接加入到CNN網絡中訓練

（1）ROI pooling layer實際上是SPP Net的一個精簡版，SPP Net對每個proposal使用了不同大小的金字塔映射，而ROI pooling layer只需要采樣到一個7x7的特征圖。對于VGG16網絡conv5_3有512個特征圖，這樣所有region proposal對應了一個7*7*512維度的特征向量作為全連接層的輸入。也就是說，它可以把不同大小的輸入映射到一個固定尺度的特征向量。

（2）R-CNN訓練過程分為了三個階段，而Fast R-CNN直接使用了softmax替代SVM分類，同時利用多任務損失函數邊框回歸也加入到網絡中，整個訓練過程就是端到端的（region proposal提取除外）

也就是說，R-CNN的處理流程是先提proposal，然后CNN提取特征，之后用SVM分類器，最后再做box regression。而在Fast R-CNN中，把box regression與region分類合并成multi-task模型，實際實驗也證明，這兩個任務能夠共享卷積特征，并相互促進。

原來的方法：許多候選框（比如2k個）-->CNN-->得到每個候選框的特征-->分類 + 回歸

現在的方法：一張完整的圖片-->CNN-->得到每個候選框的特征-->分類 + 回歸

容易看出，提速的原因在于，不像R-CNN把每個候選區域給深度網絡提特征，而是整張圖提一次特征，再把候選框映射到conv5上，而SPP只需要計算一次特征，剩下的只需要在conv5層上操作就可以了。

性能上的提升也是明顯的：

參考地址：

https://cloud.tencent.com/developer/news/281788

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轉載于:https://www.cnblogs.com/gezhuangzhuang/p/10460999.html

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總結

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