Proper losses such as cross-entropy incentivize classifiers to produce class probabilities that are well-calibrated on the training data. Due to the generalization gap, these classifiers tend to become overconfident on the test data, mandating calibration methods such as temperature scaling. The focal loss is not proper, but training with it has been shown to often result in classifiers that are better calibrated on test data. Our first contribution is a simple explanation about why focal loss training often leads to better calibration than cross-entropy training. For this, we prove that focal loss can be decomposed into a confidence-raising transformation and a proper loss. This is why focal loss pushes the model to provide under-confident predictions on the training data, resulting in being better calibrated on the test data, due to the generalization gap. Secondly, we reveal a strong connection between temperature scaling and focal loss through its confidence-raising transformation, which we refer to as the focal calibration map. Thirdly, we propose focal temperature scaling - a new post-hoc calibration method combining focal calibration and temperature scaling. Our experiments on three image classification datasets demonstrate that focal temperature scaling outperforms standard temperature scaling.


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RetinaNet是2018年Facebook AI团队在目标检测领域新的贡献。它的重要作者名单中Ross Girshick与Kaiming He赫然在列。来自Microsoft的Sun Jian团队与现在Facebook的Ross/Kaiming团队在当前视觉目标分类、检测领域有着北乔峰、南慕容一般的独特地位。这两个实验室的文章多是行业里前进方向的提示牌。 RetinaNet只是原来FPN网络与FCN网络的组合应用,因此在目标网络检测框架上它并无特别亮眼创新。文章中最大的创新来自于Focal loss的提出及在单阶段目标检测网络RetinaNet(实质为Resnet + FPN + FCN)的成功应用。Focal loss是一种改进了的交叉熵(cross-entropy, CE)loss,它通过在原有的CE loss上乘了个使易检测目标对模型训练贡献削弱的指数式,从而使得Focal loss成功地解决了在目标检测时,正负样本区域极不平衡而目标检测loss易被大批量负样本所左右的问题。此问题是单阶段目标检测框架(如SSD/Yolo系列)与双阶段目标检测框架(如Faster-RCNN/R-FCN等)accuracy gap的最大原因。在Focal loss提出之前,已有的目标检测网络都是通过像Boot strapping/Hard example mining等方法来解决此问题的。作者通过后续实验成功表明Focal loss可在单阶段目标检测网络中成功使用,并最终能以更快的速率实现与双阶段目标检测网络近似或更优的效果。
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