Tensorflow对象检测API中的过拟合问题。

Question

我正在自定义数据集即车牌数据集上训练 tensorflow 对象检测 API 模型。我的目标是使用tensorflow lite将这个模型部署到边缘设备上，所以我不能使用任何RCNN系列模型。. 因为，我不能将任何RCNN家族的对象检测模型转换为tensorflow精简模型（这是tensorflow对象检测API的限制）。我使用的是 ssd_mobilenet_v2_coco 模型来训练自定义数据集。以下是我的配置文件的代码片段。

model {
  ssd {
    num_classes: 1
    box_coder {
      faster_rcnn_box_coder {
        y_scale: 10.0
        x_scale: 10.0
        height_scale: 5.0
        width_scale: 5.0
      }
    }
    matcher {
      argmax_matcher {
        matched_threshold: 0.5
        unmatched_threshold: 0.5
        ignore_thresholds: false
        negatives_lower_than_unmatched: true
        force_match_for_each_row: true
      }
    }
    similarity_calculator {
      iou_similarity {
      }
    }
    anchor_generator {
      ssd_anchor_generator {
        num_layers: 6
        min_scale: 0.2
        max_scale: 0.95
        aspect_ratios: 1.0
        aspect_ratios: 2.0
        aspect_ratios: 0.5
        aspect_ratios: 3.0
        aspect_ratios: 0.3333
      }
    }
    image_resizer {
      fixed_shape_resizer {
        height: 300
        width: 300
      }
    }
    box_predictor {
      convolutional_box_predictor {
        min_depth: 0
        max_depth: 0
        num_layers_before_predictor: 0
        use_dropout: false
        dropout_keep_probability: 0.8
        kernel_size: 1
        box_code_size: 4
        apply_sigmoid_to_scores: false
        conv_hyperparams {
          activation: RELU_6,
          regularizer {
            l2_regularizer {
              weight: 0.00004
            }
          }
          initializer {
            truncated_normal_initializer {
              stddev: 0.03
              mean: 0.0
            }
          }
          batch_norm {
            train: true,
            scale: true,
            center: true,
            decay: 0.9997,
            epsilon: 0.001,
          }
        }
      }
    }
    feature_extractor {
      type: 'ssd_mobilenet_v2'
      min_depth: 16
      depth_multiplier: 1.0
      conv_hyperparams {
        activation: RELU_6,
        regularizer {
          l2_regularizer {
            weight: 0.00004
          }
        }
        initializer {
          truncated_normal_initializer {
            stddev: 0.03
            mean: 0.0
          }
        }
        batch_norm {
          train: true,
          scale: true,
          center: true,
          decay: 0.9997,
          epsilon: 0.001,
        }
      }
    }
    loss {
      classification_loss {
        weighted_sigmoid {
        }
      }
      localization_loss {
        weighted_smooth_l1 {
        }
      }
      hard_example_miner {
        num_hard_examples: 3000
        iou_threshold: 0.99
        loss_type: CLASSIFICATION
        max_negatives_per_positive: 3
        min_negatives_per_image: 3
      }
      classification_weight: 1.0
      localization_weight: 1.0
    }
    normalize_loss_by_num_matches: true
    post_processing {
      batch_non_max_suppression {
        score_threshold: 1e-8
        iou_threshold: 0.6
        max_detections_per_class: 100
        max_total_detections: 100
      }
      score_converter: SIGMOID
    }
  }
}

train_config: {
  batch_size: 24
  optimizer {
    rms_prop_optimizer: {
      learning_rate: {
        exponential_decay_learning_rate {
          initial_learning_rate: 0.004
          decay_steps: 800720
          decay_factor: 0.95
        }
      }
      momentum_optimizer_value: 0.9
      decay: 0.9
      epsilon: 1.0
    }
  }
  fine_tune_checkpoint: "/home/sach/DL/Pycharm_Workspace/TF1.14/License_Plate_F-RCNN/dataset/experiments/training_SSD/ssd_mobilenet_v2_coco_2018_03_29/model.ckpt"
  fine_tune_checkpoint_type:  "detection"
  num_steps: 150000
  data_augmentation_options {
    random_horizontal_flip {
    }
  }
  data_augmentation_options {
    ssd_random_crop {
    }
  }
}

train_input_reader: {
  tf_record_input_reader {
    input_path: "/home/sach/DL/Pycharm_Workspace/TF1.14/License_Plate_F-RCNN/dataset/records/training.record"
  }
  label_map_path: "/home/sach/DL/Pycharm_Workspace/TF1.14/License_Plate_F-RCNN/dataset/records/classes.pbtxt"
}

eval_config: {
  num_examples: 488
  num_visualizations : 488
}

eval_input_reader: {
  tf_record_input_reader {
    input_path: "/home/sach/DL/Pycharm_Workspace/TF1.14/License_Plate_F-RCNN/dataset/records/testing.record"
  }
  label_map_path: "/home/sach/DL/Pycharm_Workspace/TF1.14/License_Plate_F-RCNN/dataset/records/classes.pbtxt"
  shuffle: false
  num_readers: 1
}

我总共有1932张图片（训练图片：1444张，Val图片：448张）。我已经训练了150000步的模型. 以下是tensorboard的输出。

DetectionBoxes Precision [email protected] IOU: 经过15万步，物体检测模型的精度([email protected] IOU)是~0.97即97%。目前看来还不错。

训练损失。 150K步后，训练损失是~1. 3. 这看起来还不错。

评估验证损失: 在150K步后，评价验证损失约为3.90，是相当高的。但是，训练损失和评估损失之间有很大的差异。是否有过拟合的情况存在？如何克服这个问题？在我看来，训练损失和评估损失应该是接近的。

• 如何降低验证和评估的损失？
• 我使用的是默认的配置文件，所以默认的是 use_dropout: false. 要不要改成 use_dropout: true 以防存在过拟合？
• 物体检测模型的训练和验证损失的可接受范围应该是多少？

请分享您的观点。谢谢

Answer 1

过拟合问题有几个原因 在神经网络中，通过查看你的配置文件，我想提出一些建议，尽量避免过拟合。

use_dropout: true 以便使神经元对权重的微小变化不那么敏感。

尝试增加 iou_threshold 在 batch_non_max_suppression.

使用 l1 regularizer 或组合 l1 and l2 regularizer.

将优化器改为 Nadam 或 Adam 优化器。

包括更多 Augmentation 技巧。

您也可以使用 Early Stopping 来跟踪你的准确性。

或者，你也可以观察 Tensorboard 可视化，在验证损失开始增加的步骤前取权重。

希望尝试这些步骤能解决你模型的过拟合问题。