应对长尾分布的目标检测 – Balanced Group Softmax

这次给大家介绍一篇CVPR2020的文章，题为“Overcoming Classifier Imbalance for Long-tail Object Detection with Balanced Group Softmax”，主要解决目标检测中的长尾数据分布问题，解决方案也十分简洁。

长尾分布的数据

首先，长尾分布的数据广泛存在，这里以COCO和LVIS两个数据集为例，如下图所示：

横坐标是类别的索引，纵坐标是对应类别的样本数量。

可以看到，在这两个数据集当中，存在着明显的长尾分布。

以往应对长尾分布的方法

这里给出一些相关的工作，按类别给出：

• 基于数据重采样（data re-sampling）
  • 对尾部数据进行过采样：Borderline-smote: a new over-sampling method in im- balanced data sets learning
  • 对头部数据进行删减：class imbalance, and cost sensitivity: why under-sampling beats over sampling
  • 基于类别平衡的采样：Exploring the limits of weakly supervised pretraining.
• 代价敏感学习（cost- sensitive learning）
  • 通过对loss进行调整，对不同类别给予不同的权重

这些方法通常都对超参数敏感，并且迁移到检测框架的时候表现不佳（分类任务和检测任务的不同）

Balanced Group Softmax

这里直接给出算法的具体框架：

如上图所示，在训练阶段，我们会对类别进行分组，不同组内部分别计算Softmax，然后计算出各自的交叉熵误差。

对于分组，论文给的是按0，10，100，1000，+inf作为切分点进行切分

这里我们需要为每一个组分别添加一个other类别，使得，当目标类别不在某一个组的时候，groundtruth设置为other。

最终的误差形式为：
$${\mathcal{L}}_k=-\sum _{n=0}^N\sum _{i\in {\mathcal{G}}_n}{y}_i^n\log (p_i^n)$$
其中，$N$ 是组的数量，${\mathcal{G}}_n$ 是第 $n$ 个组的类别集合，$p_i^n$ 是模型输出的概率，$y_i^n$ 是标签。

效果评估

这里给出一张全面对比的精度表

AP的下标对应着划分的组的索引，可以看到，在尾部的精度，也就是 $A{P}_1$ 和 $AC{C}_1$ 上都达到了SOTA的性能。