Anchor(锚）喵喵喵？

      最近在预研一些anchor-free算法，想要把anchor给Free掉，我们总得先知道什么是anchor吧，毕竟知己知彼，百战不殆。

anchor字面意思是锚，是个把船固定的东东（上图），anchor在计算机视觉中有锚点或锚框，目标检测中常出现的anchor box是锚框，表示固定的参考框。

目标检测是 "在哪里有什么" 的任务，在这个任务中，目标的类别不确定、数量不确定、位置不确定、尺度不确定。传统非深度学习方法和早期深度学习方法，都要金字塔多尺度+遍历滑窗的方式，逐尺度逐位置判断 "这个尺度的这个位置处有没有认识的目标" ，这种穷举的方法非常低效。

最近SOTA的目标检测方法几乎都用了anchor技术。首先预设一组不同尺度不同位置的anchor，覆盖几乎所有位置和尺度，每个anchor负责检测与其交并比大于阈值 ( 训练预设值，常用0.5或0.7 ) 的目标，anchor技术将问题转换为 "这个固定参考框中有没有认识的目标，目标框偏离参考框多远" ，不再需要多尺度遍历滑窗，真正实现了又好又快，如在Faster R-CNN和SSD两大主流目标检测框架及扩展算法中anchor都是重要部分。

YOLOV1作为Anchor-Free的鼻祖之一，但是作者在v2版本就替换为anchor方法；”真是刺鸡“，最近检测的方向返璞归真，又往Anchor-Free方向发展？ 我在YOLOv3中加入了YOLOv1的思想，实现Anchor-Free，发现效果没有下降却略有提升，这个激发了我对Anchor的一些思考。

anchor的思想有点近似SPP(spatial pyramid pooling)思想的逆向。而SPP本身是做什么的呢，就是将不同尺寸的输入resize成为相同尺寸的输出。所以SPP的逆向就是，将相同尺寸的输出，倒推得到不同尺寸的输入。首先明确anchor的位置。anchor是在原图上的区域，而不是在特征图上（也就是特征图上一个点可以对应到原图上一个n*n的区域）

但是！但是！但是！这种说法是有瑕疵的！

原因不难理解，anchor的设置，导致其在图像中对应的尺寸和长宽比例是各种各样的，有的甚至还超过了滑动窗口的 3x3 输入的感受野的范围。如果说一块 feature map 通过网络的学习，只关注感受野内某一块区域的信息，这个是合理的；而不是像SPP逆向说的那样，我们能从9块不同区域得到特征！anchor 可能比感受野大，也可能比感受野小，如果 anchor 比感受野大，就相当于只看到了我关心的区域（anchor）的一部分（感受野），通过部分判断整体，如果比感受野小，那就是我知道比我关心的区域更大的区域的信息，判断其中我关心的区域是不是物体。（这里说的是Faster—RCNN里面的anchor）

上文说的是通过RPN网络中设置的Anchor，现在检测研究的主流方向主要在one—stage方法（毕竟我们要快快快）。one-stage里面设置anchor的方式可能与上文的不一样，但是我们只需要了解Anchor的意义就能举一反三啦。

anchor主要有两个作用： 1、 anchor作为回归任务中的初始框，这样网络就只需要学习初始框和GT之间的坐标偏移量和高宽缩放量，从而 简化网络的回归任务。可以解决GT的平移问题，我觉得这个是anchor最大的作用 ，如果不用anchor而直接预测GT的绝对中心坐标和绝对高宽，或者直接预测GT的绝对左上角坐标和右下角坐标，我觉得是学不出来的，比如说，图片中有两个在不同位置，但是却具有相同类别相同高宽的GT，由于卷积是是共享权重的，所以卷积过后这两个GT对应的卷积输出应该是相同的，也就是说从这两个GT提取的特征应该是相同的，但是如果根据这两个相同的特征向量去学习不同的目标，那么就矛盾了，这样就无法学习了。 2. 有了 anchor，就可以把不同尺寸的目标分配到对应的 anchor 上，这样对应 anchor的网络权值就仅仅负责一个比较小的目标尺寸范围（几个值就能代表原图上的一个区域），同时学习过程中，是显式的通过不同的分支、路径来传递不同尺寸目标的loss， 让网络更加符合“逻辑”的得到训练 。

综上所述：anchor作用无非两点：容易是模型快速收敛，容易找到目标大小和对应的feature map。 anchor本身并不会参与到网络的运算中去，影响的只会是classification和bbox regression分支的target（训练阶段）和怎样decode box（测试阶段）。 换句话说，网络其实预测的是相对于anchor的offset，只有在最终从offset转换到bbox时，才会使用。这样的想法也很自然被各种One stage方法所吸收，将achor几乎成为标配！

anchor的作用非常非常神奇，在网络运算过程中它是不存在的，但是它就像一张无形的手

（1）Anchor的匹配

目标在那个anchor是简单粗暴的，按照谁的IOU大就归谁的方法划分．而且 anchor 本身的尺寸、比例也是人工指定的，虽然与不同level的featuremap有一定的关系，但并没有和网络结构的设计有良好的耦合（虽然 anchor可以通过数据集的聚类来获得（YOLO），但是这也只是单方面的与数据集有了耦合），实际中往往一个目标适合两个或多个anchor，是不是可以用一种更加平滑的方法来加权，而非简单粗暴的0-1选择。

（2）Anchor的放置

目前FPN架构在检测网络模型中使用的很多，anchor的放置位置也需要思考。大家广泛认为网络深层因为感受野较大，通常用来检测大物体（放大anchor）；浅层感受野较小，所以通常用来检测小物体（放小anchor），anchor的生成是根据feature map不同而定义的。在anchor match gt阶段，gt与anchor匹配，确定gt归属于哪些anchor，这个过程隐式的决定了gt会由哪层feature map负责预测。不管是生成anchor还是gt match 过程，都是由size这个变量决定，虽然我们会设定先验的规则来选择最好的feature map，但存在的问题是，仅仅利用size来决定哪些feature map来检测物体是一种不精确的做法。如下图所示，60x60大小的car和50x50大小的car被分在了不同feature map，50x50和40x40的被分在了同一级feature map，咱也不知道，这样好不好，那么何不让模型自动学习选择合适的feature 去做预测呢？（ CVPR2019 FSAF针对这一问题 ）

目前的Anchor-Free算法很多就是不用锚框改成锚点了，个人感觉就是换了个形式的anchor。不管怎么说，期待效果吧，毕竟anchor用了很多年也需要换换了。

什么是锚点？锚点英文名：anchor 。使用锚点可以在文档中设置标记，这些标记通常放在文档的特定主题处或顶部。通过创建到这些锚记链接，可快速将访问者带到指定位置。创建到锚记链接的过程分为两步。首先，创建锚记，然后创建到该锚记的链接。1.创建锚点，格式为<a name="锚点名"></a>，如代码：<a name="top">这是TOP锚点</a>2.若要链接到当前文章中的名为“top”的锚记，格式为<a href="#锚点名"></a>，如代码：<a href="#top">点击我连接到TOP</a>3.需要注意的是，在WordPress中，如果你使用了类似WP KeywordLink的插件，同时恰巧你写的锚点代码中又包含关键字的话，你还需要使用标签<wp_nokeywordlink></wp_nokeywordlink>， 该标签包含的内容不会有链接，如代码:<wp_nokeywordlink><a href="#top">点击我连接到TOP</a></wp_nokeywordlink>4.具体效果可以参考文章：如何下载手机浏览器-完结篇

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