3D检测算法的smoke PyTorch 实现

【GiantPandaCV导语】修改开源的 3D 检测算法，使用了 pytorch 自带的 DConv，省去 linux 下编译 DConv 的 cuda 代码，可以直接在 window 下训练和测试。在源码基础上增加了 finetune 和 resume 等功能，并提供了重新训练的模型。

代码：https://github.com/Huangdebo/SMOKE-window

[x] 模型效果

1 网络结构

smoke 的网络机构比较简单粗暴，一个 DLA 直接出 w/4, h/4 的特征图，然后分成两路：（1） 关键点检测，用以得出每个类别的目标的 3D 中心点在 2D 图像中的投影（2） 3D 信息的回归， depth_offset(1), keypoint_offset(2), dimension_offset(3), orientation(2)，共 8 个channel。

2  3D 检测

2.1 关键点分支

类似 centernet，把目标看成点来检测，但不同的是，smoke 利用的是 3D box 的中心投影点，而不是 2D box 的中心点。

2.2 回归分支

首先是 location，网络回归的都是偏差，对于 Z 方向的值，通过预设的偏移量和尺度因子来计算：对于 x,y，则是通过关键点分支得到的投影中心点和回归的偏移量计算得出，然后在通过反投影计算出 location：

dimension 也是通过统计预设值和回归值来计算：

对于航向角的计算比较绕，smoke 并不是直接回归航向角，而是通过间接计算：

在下图中将小车沿着y轴顺时针旋转，待小车和camera连线与相机坐标系的z轴重合时停止，那么紫色的角是没有发生变化的。于是有

r_y 和 alpha 就是 KITTI label 中的 rotation_y 和 alpha，β 就是论文中的 αz。但 smoke 也不是直接回归  αz，而且转化成另外一个变量  αx，αx 也是编码成 [sin(α), cos(α)]，进行归一化处理

基于上面的计算值，就可以 3D box 的8个顶点坐标了

3 loss 计算

3.1 关键点分类 loss

与 centernet 类似，在 focal loss 的基础上加权，对中心点附近的位置降低loss权重，并通过巧妙的设计来抑制中心附近的回归值，让只有中心一个尖峰：

3.2 回归 loss

smoke 使用了 disentangling loss 形式来计算回归分支的 loss，计算 3D box 需要 rotation_y，dimension 和 location 三个变量，disentangling 则是用一个预测值 + 两个 groundtruth 值来计算，从而得到三个 3D box，在进行 L1 loss 计算。所以总的 loss 就是 分类 loss 和 3 个不同的 L1 回归 loss

结论：

SMOKE 的backbone 使用了 DLA，而且依赖 Dcnv，所以模型比较大，对落地部署不是很友好。而且是依赖镜头的内参的，不清楚多种数据训和训练效果如何。3D框的回归比较稳定，但存在漏检，尤其是小目标和只出现一部分的目标。如果能参考主流 2D 检测的多层检测，和优化关键点分支的策略，也许能缓解这些问题。

编辑：黄飞