Detecting Rotated Objects as Gaussian Distributions and Its 3-D Generalization

一般化 人工智能 计算机科学 计算机视觉 高斯分布 模式识别(心理学) 高斯过程 数学 数学分析 物理 量子力学
作者
Xue Yang,Gefan Zhang,Xiaojiang Yang,Yue Zhou,Wentao Wang,Jin Tang,Tao He,Junchi Yan
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-18 被引量:53
标识
DOI:10.1109/tpami.2022.3197152
摘要

Existing detection methods commonly use a parameterized bounding box (BBox) to model and detect (horizontal) objects and an additional rotation angle parameter is used for rotated objects. We argue that such a mechanism has fundamental limitations in building an effective regression loss for rotation detection, especially for high-precision detection with high IoU (e.g., 0.75). Instead, we propose to model the rotated objects as Gaussian distributions. A direct advantage is that our new regression loss regarding the distance between two Gaussians e.g., Kullback-Leibler Divergence (KLD), can well align the actual detection performance metric, which is not well addressed in existing methods. Moreover, the two bottlenecks i.e., boundary discontinuity and square-like problem also disappear. We also propose an efficient Gaussian metric-based label assignment strategy to further boost the performance. Interestingly, by analyzing the BBox parameters' gradients under our Gaussian-based KLD loss, we show that these parameters are dynamically updated with interpretable physical meaning, which help explain the effectiveness of our approach, especially for high-precision detection. We extend our approach from 2-D to 3-D with a tailored algorithm design to handle the heading estimation, and experimental results on twelve public datasets (2-D/3-D, aerial/text/face images) with various base detectors show its superiority.
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