【论文阅读】HydraPlus-Net: Attentive Deep Features for Pedestrian Analysis

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原文地址：https://arxiv.org/abs/1709.09930

Github: https://github.com/xh-liu/HydraPlus-Net

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　　HP-Net是一个基于注意力机制（attention-based）的深度神经网络，将多层注意力机制图多向映射到不同的特征层。

【HP-Net Adavantage】

　　（1）模型能够从浅层到语义层捕获注意力；

　　（2）挖掘多尺度的可选注意力特征，充实最终的行人特征表示；

　　（3）提取出细节和局部特征来充实高层全局特征，这些特征在细粒度的行人分析任务中是非常重要的；

　　（4）提出多方向注意机制模块（multi-directional attention，MDA），提取多层（multiple level）特征，包含局部和全局特征，进行多层特征融合，进行细粒度的行人分析；

　　

　　　multi-level： （a）语义层：分辨相似外观行人的局部区域特征，如长短发、长短袖； （b）浅层：捕捉行人的衣服的条纹；

　　    multi-scale： （c）（d）多尺度特征，描述行人特点 （c）小尺度特征对应‘打电话’； （d）大尺度全局理解描述‘性别’

【HydraPlus-Net网络结构】

　　（1）Main Net（M-Net）：单纯的CNN结构，论文的实现是基于inception_v2，包含三个inception block，还包含几个低层卷积层

　　（2）Attentive Feature Net（AF-Net）：三个分支，每个分支有三个inception_v2 block和一个MDA

　　

【Attentive Feature Network】

　　AF-Net包含3个MDA增强的网络分支，

　　AF-Net和M-Net共享卷积框架，他们的输出级联后经过全局平均池化和全连接层融合，最终的输出映射到属性logits用于属性识别，或特征向量用于再认证。

　　 

　　为inception i模块的输出经过1 1conv、BN、ReLU产生的注意力图，并被相乘到inception k的输出特征图，产生多层多尺度注意力特征，传送到后续的层，MDA模块的最后L个注意力特征级联作为最终特征表示，k∈{1,2,3}

【Attention Mechanism 注意力机制】

　　传统基于注意力的模型，将注意力图返回输入到原相同的模块（右图红线），通过应用注意力图到相邻的模块来扩展此机制；HP-Net应用不同的注意力图到多个模块（下图b），在相同的空间分布下融合多层特征。

　　

【Multi-level Attention Map 多层注意力图】

　　不同模块学习得到注意力图在尺度和细节上差异非常大，如下图(a)，高层通常更粗糙、更聚焦语义区域（特定物体），如，低层捕获局部特征和细节（边缘和纹理），如 。因此，使用MDA模块融合不同层注意力特征，可以收集不同层的语义信息，提供更多可选特征表达。

　　  

　　上图为每个输入图像提取某level的L = 8 attention channels 的特征图，不同MDA作用下，多级注意力特征的定性演示

　　

　　（a）浅层属性，如上衣类型，需要低层注意力连接，纹理 -> T-Shirt （b）语义或目标级别的属性，如手机，需要高层注意力连接

【Stage-wise Training 分阶段训练】

　　①训练M-Net，提取基本特征；

　　②将M-Net复制三次，得到AF-Net的三个分支，每个MDA模块有三个子分支组成，即临近的三个不同的inception blocks，依次微调每个blocks，即共有9个blocks需要微调；

　　③微调完成后，固定AF-Net和M-Net，训练全局平均池化层（GAP）和全连接层（FC）；

　　④输出层：属性识别使用交叉熵损失函数，行人ReID使用softmax函数。

【实验结果】