20190722_CVPR2019_[特征点]D2-Net

文章:D2-Net: A Trainable CNN for Joint Description and Detection of Local Features
链接https://arxiv.org/abs/1905.03561
作者:Mihai Dusmanu,……,Marc Pollefeys
机构:ETH,Microsoft,JSPS KAKENHI
摘要的摘要:传统的特征方法是先检测关键点再提取描述子(detect-then-describe),本文则是使用一个CNN网络,输入原始图片I,尺寸为h \times w,输出Feature Map,为3D张量F=\mathcal{F}\left( I \right)F\in \mathbb{R}^{h\times w\times n}n为channel数,再从Feature Map里同时提取关键点和描述子(detect-and-describe)。并且在一些场景看着效果不错,如下图。

图1

1. 描述子

\mathbf{d}_{ij}=F_{ij:},\mathbf{d}\in \mathbb{R}^n \tag{1}
实际上,本文使用归一化的描述子:\mathbf{\hat{d}}_{ij}=\mathbf{d}_{ij}/\lVert \mathbf{d}_{ij} \rVert _2.

2. 特征点

定义2D响应:
D^k=F_{::k},D^k\in \mathbb{R}^{h\times w} \tag{2}
Hard feature detection. 判断(i,j)是一个detection:在D_{ij}^{1},D_{ij}^{2},...D_{ij}^{n}中找到响应最大的那一层D_{ij}^{k},再判断在kD_{ij}^{k}是否是一个局域响应最大,如是,则(i,j)是一个detection,如图2。
\left( i,j \right) \,\,\text{is a }\det\text{ection }\Longleftrightarrow \,\,D_{ij}^{k}\,\,\text{is a local }\max\text{. in }\,D^k, \text{with }k=\underset{t}{\text{arg }\max}\,\,D_{ij}^{t} \tag{3}

图2

Soft feature detection. Hard feature detection是一个非0即1的判断,因此只适用于Testing阶段,在Training阶段需要soft一下来做back-propagation。思路就是给各个点定义score值(感觉有点类似于分类中的概率值)。

3. 联合训练

ground truth为给定的匹配点对集合\mathcal{C},损失函数为:
\mathcal{L}\left( I_1,I_2 \right) =\sum_{c\in \mathcal{C}}{\frac{s_{c}^{\left( 1 \right)}s_{c}^{\left( 2 \right)}}{\sum_{q\in \mathcal{C}}{s_{q}^{\left( 1 \right)}s_{q}^{\left( 2 \right)}}}}m\left( p\left( c \right) ,n\left( c \right) \right) \tag{13}
具体详见paper,大意就是最小化正确匹配距离,最大化错误匹配距离,同时提高关键点的得分。

4. 其他

使用VGG16,fine-tuning。
项目在Github上开源,https://github.com/mihaidusmanu/d2-net

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