【DA】AdaptSegNet-Learning to Adapt Structured Output Space

in Artificial Intelligence

AdaptSegNet

  • Deeplab V2를 사용했다고 한다. V2의 architecture 그림은 없으니 아래의 V3 architecture 그림 참조
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  • AdaptSegNet 전체 Architecture
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  • 코드를 통해 배운, 가장 정확한 학습과정 그림은 해당 나의 포스트 참조.

1. Conclusion, Abstract

  • DA semantic segmentation Task를 풀기 위해, adversarial learning method을 사용한다.
  • 방법1 : Adversarial learning을 사용한다. in the output space(last feature map, not interval feature map)
  • 방법2 : 위의 그림과 같이 a multi-level에 대해서 adversarial network 을 사용한다. multi-level을 어떻게 사용하는지에 대해서는 위의 Deeplab V3 architecture를 참조할 것.
  • 방법1의 Motivation : 아래 그림과 같이, 이미지 사이에는 많은 차이가 있지만, CNN을 모두 통과하고 나온 Output feature map은 비슷할 것이다.
    • 따러서 Sementic segmentation의 예측결과 output을 사용하여, Adversarial DA과정을 진행함으로써, 좀더 효과적으로 scene layout과 local contect를 align할 수 있다.
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2. Instruction, Relative work

  • pass

3. Method

  • the discriminator D_i (level i): source 이미지로 부터온 prediction Ps인지 Target, 이미지로 부터온 prediction Pt인지 구별한다.
  • target prediction에 대한 Adversarial loss를 적용해서, G(Generator=Feature encoder)가 similar segmentation distribution를 생성하게 만든다.
  • Output Space Adaptation에 대한 Motivation
    1. 과거의 Adversarial 방법들은, 그냥 feature space(맨 위 이미지에서 빨간색 부분=complex representations)를 사용해서 Adversarial learning을 적용했다.
    2. 반면에, segmentation outputs(맨위 이미지에서, hard labeling 작업 이전의 최종 예측 결과값)은low-dimension이지만 rich information을 담고 있다.
    3. 우리의 직관으로 이미지가 source이든 target이든 상관없이, segmentation outputs은 굉장히 강한 유사성을 가지고 있을 것이다.
    4. 따라서 우리는 이러한 직관과 성질을 이용해서, low-dimensional softmax outputs을 사용한 Adversarial Learning을 사용한다.
  • Single-level Adversarial Learning: 아래 수식들에 대해서 간단히 적어보자
    1. Total Loss
    2. Discriminator Loss: Discriminator 만들기
    3. Sementic segmentation prediction network
    4. Adversarial Loss: Generator(prediction network)가 target 이미지에 대해서도 비슷한 출력이 나오게 만든다
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  • Multi-level Adversarial Learning
    • Discriminator는 feature level마다 서로 다른 Discriminator를 사용한다
    • i level feature map에 대해서 ASPP module(pixel-level classification model)을 통과시키고 나온 output을 위 이미지의 (2),(3),(4)를 적용한다.
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  • Network Architecture and Training
    1. Discriminator
      • all fully-convolutional layers, convolution layers with kernel 4 × 4 and stride of 2, channel number is {64, 128, 256, 512, 1},
      • leaky ReLU parameterized by 0.2
      • do not use any batch-normalization layers: small batch size를 놓고 각 source batch, target batch 번갈아가면서 사용했기 때문이다.
    2. Segmentation Network
      • e DeepLab-v2 [2] framework with ResNet-101 [11] model
      • modify the stride of the last two convolution layers from 2 to 1 함으로써, 최종결과가 이미지 H,W 각각이 H/8, W/8이 되도록 만들었다.
      • an up-sampling layer along with the softmax output
    3. Multi-level Adaptation Model
      • we extract feature maps from the conv4 layer and add an ASPP module as the auxiliary classifier
      • In this paper, we use two levels.
      • 위 그림을 보면 이해가 쉽니다.
    4. Network Training(학습 과정)
      1. (Segmentation Network와 Discriminators를 효율적으로 동시에 학습시킨다.)
      2. 위의 Segmentation Network에 Source 이미지를 넣어서 the output Ps를 생성한다.
      3. L_seg를 계산해서 Segmentation Network를 Optimize한다.
      4. Segmentation Network에 Target 이미지를 넣어서 the output Pt를 생성한다.
      5. Optimizing L_d in (2). 위에서 만든 Ps, Pt를 discriminator에 넣고 학습시킨다.
      6. Adversarial Learning : Pt 만을 이용해서 the adversarial loss를 계산하여, Segmentation Network를 Adaptation 시킨다.
    5. Hardware
      • a single Titan X GPU with 12 GB memory
      • the segmentation network
        • Stochastic Gradient Descent (SGD) optimizer
        • momentum is 0.9 and the weight decay is 5×10−4
        • initial learning rate is set as 2.5×10−4
      • the discriminator
      • Adam optimizer
      • learning rate as 10−4 and the same polynomial decay
      • The momentum is set as 0.9 and 0.99

4. Results

  • 성능 결과 및 Ablation study에 대한 내용은 Pass
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