极简笔记 Fully Convolutional Adaptation Networks for Semantic Segmentation

极简笔记 Fully Convolutional Adaptation Networks for Semantic Segmentation

文章核心贡献，提出FCAN，探究利用GTA5游戏数据集来训练语义分割网络，并将此网络迁移到真实路况场景下进行测试。

FCAN分为两部分，Appearance Adaptation Networks（ANN）和Representation Adaptation Networks（RAN），总结构见上图。GTA5的图像记为source domain，真实街道场景记作target domain。为了解决从source domain训练transfer到target domain引起的domain shift问题，文章提供了两点思路：1. 让source domain图像和target domain图像更加相近；2. 学习domain invariant特征用于语义分割。这两个步骤分别由ANN和RAN完成。

ANN详细结构如上图，它的本质是一个风格迁移网络，将白噪声输入网络，以迭代的方式，通过让网络浅层的feature correlation和target domain图像集合Xt${\mathcal{X}}_t$浅层的feature correlation更接近来约束图像风格，让深层的feature map和source domain(单幅图像xs$x_s$)的feature map更接近来约束图像语义内容，从而实现xs$x_s$到xt$x_t$的风格变换，即让GTA5图像看起来更接近真实场景。因为图像主要内容还是xs$x_s$，所以浅层风格相似性计算在整体loss里占比非常小（α=10−14$\alpha ={10}^{-14}$）

RAN则是在语义分割encoder-decoder模型中间加入了对抗loss，discriminator用来ASPP的方式逐像素预测该像素属于source domain还是target domain。Encoder部分作为生成器，为了迷惑判别器会逐渐学得丢失appearance，只保留semantic的domain invariant feature，而这正是我们想要的。以此特征进行decoder并逐像素预测类别，能够缓解domain shift问题。

文章针对ANN部分做实验，发现在训练期间用ANN将source domain image转到target domain，然后在测试期间不使用ANN对target domain进行变换，得到的效果最好。

针对RAN部分，作者依次叠加Adaptive Batch Normalization (ABN)，Adversarial Domain Adaptation
(ADA)，使用全卷积网络做decoder（conv），引入ASPP网络，ANN，得到了实验结果如下图。

然后是semi-supervised结果以及和sota domain adaption方法的对比结果。