multi scale recognition with dag-cnns

Multi Scale Recognition with DAG-CNNs

2016 年 2 月 6 日山本　大輝（ @tereka114 ）

Self Introduction

1. 山本　大輝2. Acroquest Technology 株式会社 (2015.4.1 〜 )3. システム系のエンジニア4. Twitter （ @tereka114 ）5. CV 勉強会参加 2 回目です。（発表 1 回目）6. Blog: 「のんびりしているエンジニアの日記」

1. http://nonbiri-tereka.hatenablog.com/

Outline

1. 論文の概要2. Convolutional Neural Network とその後の比較3. 特徴マップの Scale の比較4. DAG-CNNs5. Experiments6. Conclusion

なんでこの論文？1. CNN って特徴量抽出しているって言われているが、それを検証していたのが興味深い。2. DAG は Directed acyclic graph （有向非循環グラフ）です。

1. 最近、複雑な構造なネットワークが多い2. レイヤーを統合していく考え方が増えてきている。

論文の概要1. 複数のレイヤーの結果を使う DAG-CNNs を実装、実験した。2. 複数のレイヤーの結果を使うことにより、 high,middle,low-level な特徴量を活用した。3. DAG-CNNs により、 MIT67,Scene15,SUN397 のエラー率を下げた。

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Convolutional Neural Network の比較

1P でわかる CNN

LeCun, Y., Bottou, L., Bengio, Y., and Haffner, P. (1998d). Gradient-based learning applied to document recognition. Proceedings of the IEEE, 86(11), 2278–2324

従来までのConvolutional Neural Network1. Single Output CNN

1. 最後のレイヤーのみの情報を使う。2. 非常にシンプルな構造である。2. Multi Scale CNN

1. 結合しているのみなので、非常に高次元のデータを生成する。2. 学習が難しく、過学習が生じやすい。

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1. 論文の概要2. Convolutional Neural Network とその後の比較3. 特徴マップの Scale の比較4. DAG-CNNs の解説5. Experiments6. Conclusion

レイヤーにおける特徴差分の検証1. 情報検索を用いた手法で検証し、 query 画像からの距離を計算し近い 7 画像を出力する。2. 得たレイヤーの出力を Support Vector Machine(SVM,

One-VS-All) で分類した。3. 各レイヤーの出力で分類を実施し、その際の結果を K

x N で可視化し、ソートを実施した。

情報検索を用いた手法1. 情報検索を実施し、各レイヤーで取得できる出力を元に検索した。2. 手順は以下の通り

1. 学習して、出力した各層の出力の L2 距離を求めた。2. 距離の近い上位 K （ =7 ）件を抽出する。

情報検索を用いた手法

特徴量のレベルによる差分

クエリ

複数のレイヤーの結果から予測1. 複数のレイヤーの結果に対して予測し、グラフ化した。2. 各レイヤーの出力に対して SVM で One vs All の手法により、 K クラスに分類するタスクを実施した。3. High Lavel な特徴ほど、良い結果を示している。

各レイヤーの情報を用いた分類結果

複数のレイヤーの結果から予測1. 各クラスについて、分類を実施した。2. 分類結果について、可視化を実施し、ヒートマップとした。その上で各層ごとに最も高い正答率にてソートした。

各層とクラスの正解率のマップ最も多いクラス

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DAG-CNNs

DAG-CNNs の学習• 今回は以下の式を最適化する。

入力教師

誤差関数

Convolution の重み

K=Layer 数、 x = 学習データ y = 学習ラベル

DAG-CNNs の学習• 今回は以下の式を最適化する。

入力教師

誤差関数

Convolution の重み

K=Layer 数、 x = 学習データ y = 学習ラベル

BP で解く

DAG-CNNs

DAG-CNNs の学習Convolution Layer の入力

出力

DAG-CNNs の勾配の計算方法

Chain Rule

Vanishing Gradient Problem

1. 低層レイヤーまでに勾配情報が消えている問題のこと。2. 通常、深くなっていくと勾配情報が消えていくとされている。

1. 直接つないでいるので低層も問題なく学習できる。

Gradient based learning

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Experiments

1. 分類データセットの Accuracy による評価を実施した。1. SUN397

1. 100K の画像と 397 カテゴリー、景観画像の分類2. MIT67

1. 15K の画像と 67 カテゴリー、室内画像の分類3. Scene15

1. 外と中の景観画像

Evaluation

MIT67 の Classification Result

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Conclusion

1. Low Level から High Level までの特徴について、様々な実験を用い、検証した。2. 上記から、ネットワーク DAG-CNNs を提唱した。

1. 各層の活性化関数の出力を合計する。3. 実験より、特に MIT67 によるデータ・セットに対し、成果をあげることができた。