Reconocimiento rápido de objetos usando objects proposals y deep learning

Abstract

El reconocimiento (o detección) de objetos es un área activa y en continua mejora de la visión computacional. Recientemente se han introducido distintas estrategias para mejorar el desempeño y disminuir los costos y el tiempo de detección. Entre estas, se encuentran la generación de Object Proposals (regiones en la imágen donde hay alta probabilidad de encontrar un objeto) para acelerar la etapa de localización, como respuesta al paradigma de ventana deslizante; el cada vez más popular uso de redes Deep Learning y, en particular, para la clasi cación y detección de imágenes, las redes convolucionales (CNN). Si bien existen diversos trabajos que utilizan ambas técnicas, todos ellos se centran en tener una buena performance en conocidas bases de datos y competencias en lugar de estudiar su comportamiento en problemas reales y el efecto que tiene la modi cación de arquitecturas de redes convencionales y la elección adecuada de un sistema de generación de proposals. En este trabajo de título, entonces, se tiene como objetivo principal el caracterizar métodos de generación de proposals para su uso en el reconocimiento de objetos con redes CNN, comparando el desempeño tanto de los proposals generados como del sistema completo en bases de datos fabricadas manualmente. Para estudiar el sistema completo, se comparan dos estructuras conocidas, llamadas R-CNN y Fast R-CNN, que utilizan de distintas formas ambas técnicas (generación de proposals y detección) y donde se considera en el estado del arte mejor Fast R-CNN. Se propone en este trabajo que esta hipótesis no es del todo cierta en el caso de que se trabaje con un número su cientemente bajo de proposals (donde las bases de datos acá construidas se enfocan en precisamente asegurar una cantidad baja de objetos de tamaños similares presentes en cada una: objetos sobre super cies y objetos de una sala de estar) y se acelere el proceso de clasi cación alterando el tamaño de entrada de la red convolucional utilizada. Se eligieron tres métodos de generación de Proposals de la literatura a partir de su desempe ño reportado, y fueron comparados en distintos escenarios sus tiempos de procesamiento, calidad de proposals generados (mediante análisis visual y numérico) en función del número generados de estos. El método llamado BING presenta una ventaja sustancial en términos del tiempo de procesamiento y tiene un desempeño competitivo medido con el recall (fracción de los objetos del ground truth correctamente detectados) para las aplicaciones escogidas. Para implementar R-CNN se entrenan dos redes del tipo SqueezeNet pero con entradas reducidas y seleccionando los 50 mejores proposals generados por BING se encuentra que para una red de entrada 64x64 se alcanza casi el mismo recall (~ 40%) que se obtiene con el Fast R-CNN original y con una mejor precisión, aunque es 5 veces más lento (0.75s versus 0.14s). El sistema R-CNN implementado en este trabajo, entonces, no sólo acelera entre 10 y 20 veces la etapa de generación de proposals en comparación a su implementación original, si no que el efecto de reducir la entrada de la red utilizada logra disminuir el tiempo de detección a uno que es sólo 5 veces más lento que Fast R-CNN cuando antes era hasta 100 veces más lento y con un desempeño equivalente.