Siou: 提高密集遮挡场景检测的准确性——计算机视觉

本文探讨了在计算机视觉中如何提高密集遮挡场景检测的准确性,提出了一种结合深度学习和遮挡感知技术的方法。通过使用CNN和遮挡感知技术,实现了在PyTorch上的算法,并在实验中显示了相比传统方法的优越性能。

摘要:
在计算机视觉领域,密集遮挡场景检测一直是一个具有挑战性的任务。在这篇文章中,我们将探讨一种方法来提高密集遮挡场景检测的准确性。我们将介绍一种基于深度学习的方法,该方法结合了卷积神经网络(CNN)和遮挡感知技术。我们将通过使用PyTorch库实现这个方法,并提供相应的源代码。

  1. 引言
    密集遮挡场景检测是计算机视觉中一项重要任务。在密集遮挡场景中,目标物体可能会被其他物体完全或部分遮挡,这给目标检测和识别带来了挑战。传统的目标检测方法通常无法有效处理这种情况,因为它们往往依赖于物体的整体外观。

  2. 方法
    为了提高密集遮挡场景检测的准确性,我们提出了一种基于深度学习的方法。该方法包括以下步骤:

2.1 数据准备
我们使用一个包含密集遮挡场景的大型数据集进行训练和测试。数据集包括图像和相应的标签,标签指示每个像素点是否被遮挡。

2.2 网络架构
我们采用了一种卷积神经网络(CNN)的架构来进行密集遮挡场景检测。该网络由多个卷积层、池化层和全连接层组成。我们通过训练网络来学习遮挡感知的特征表示。

2.3 遮挡感知技术
为了提高遮挡物体的检测准确性,我们引入了遮挡感知技术。该技术基于像素级别的遮挡感知,通过对遮挡区域进行建模和推断,进一步提高了检测的准确性。

  1. 实验结果
    我们在我们的数据集上进行了实验,并评估了我们的方法在密集遮挡场景检测任务上的性能。实验结果表明,我们的方法相对于传统的目标检测方法在准确性上有显著的提升。

  2. 源代码
    以下是使用PyTorch库实现我们方法的示例源

### 实现YOLOv8中的Soft-NMS及其与不同类型IOU结合 在目标检测领域,尤其是面对密集遮挡场景,改进后的NMS算法能够显著提升模型的表现。对于YOLOv8而言,在原有基础上引入Soft-NMS并结合多种类型的交并比(IOU),可以有效改善此类复杂环境下的检测效果。 #### Soft-NMS简介 传统NMS通过设定阈值来过滤重叠框,而Soft-NMS则采用更灵活的方式调整候选框得分,从而保留更多潜在的有效预测[^2]。具体来说,当两个边界框存在较大程度上的重合,不是简单地丢弃其中一个,而是降低其置信度分数,使得最终输出更加合理。 #### 结合不同类型的IOU 为了进一步增强YOLOv8应对密集物体的能力,可以在Soft-NMS过程中融入GIOU、DIOU、CIOU、EIOU和SIOU等改进型IOU计算方法: - **Generalized IOU (GIoU)**:不仅考虑了两矩形之间的相交区域,还加入了包围这两个矩形最小外接矩形的影响因子。 - **Distance IOU (DIoU)**:除了上述因素之外,额外考量中心点距离对相似性的贡献。 - **Complete IOU (CIoU)**:综合了尺度差异、形状匹配等多个方面的影响。 - **Enhanced IOU (EIou)**:在此基础上增加了角度偏差惩罚项。 - **Symmetric IOU (SIoU)**:强调两侧边界的相对位置关系。 这些变体形式能够在不同程度上弥补标准IOU存在的局限性,特别是在处理高度拥挤或部分被遮挡的对象表现出色[^1]。 #### Python代码示例 以下是基于PyTorch框架下实现带有各种IOU版本的Soft-NMS函数的一个简化版例子: ```python import torch def soft_nms_with_iou_types(boxes, scores, iou_type='giou', sigma=0.5, thresh=0.4): """ :param boxes: Tensor of shape [num_boxes, 4], each row is [x_min, y_min, x_max, y_max]. :param scores: Tensor of shape [num_boxes]. Confidence score for each box. :param iou_type: Type of IoU to use ('giou', 'diou', 'ciou', 'eiou', or 'siou'). :return: Indices of the selected boxes after applying Soft-NMS. """ indices = [] while scores.numel() > 0: max_idx = torch.argmax(scores) indices.append(max_idx.item()) keep_mask = compute_iou_matrix(boxes[max_idx:max_idx+1], boxes)[0] <= thresh weights = torch.exp(-(compute_iou_matrix( boxes[max_idx:max_idx+1], boxes, type=iou_type) ** 2)/sigma) scores *= weights * keep_mask.float() mask = scores >= thresh boxes = boxes[mask] scores = scores[mask] return torch.tensor(indices).long() def compute_iou_matrix(box_a, box_b, type="iou"): """Compute pairwise IoUs between two sets of bounding boxes.""" area_a = (box_a[:, 2]-box_a[:, 0])*(box_a[:, 3]-box_a[:, 1]) area_b = (box_b[:, 2]-box_b[:, 0])*(box_b[:, 3]-box_b[:, 1]) inter_xmin = torch.max(box_a[:, None, 0], box_b[:, 0]) inter_ymin = torch.max(box_a[:, None, 1], box_b[:, 1]) inter_xmax = torch.min(box_a[:, None, 2], box_b[:, 2]) inter_ymax = torch.min(box_a[:, None, 3], box_b[:, 3]) w_inter = torch.clamp(inter_xmax-inter_xmin, min=0.) h_inter = torch.clamp(inter_ymax-inter_ymin, min=0.) intersection = w_inter*h_inter union = area_a[:,None]+area_b-intersection if type=="iou": ious = intersection / union elif type=="giou": # Generalized Intersection over Union enclosing_box = ( torch.min(box_a[:, None, :2], box_b[:,:2]), torch.max(box_a[:, None, 2:], box_b[:,2:]) ) c_area = ((enclosing_box[1][:,:,0]-enclosing_box[0][:, :, 0])* (enclosing_box[1][:,:,1]-enclosing_box[0][:, :, 1])) giou_term = (c_area - union)/(union+c_area) ious = ious-giou_term elif type=="diou": # Distance-IoU Loss center_dist_sqrd = ((box_a[:, None, 0]+box_a[:, None, 2])/2-(box_b[:, 0]+box_b[:, 2])/2)**2 \ +((box_a[:, None, 1]+box_a[:, None, 3])/2-(box_b[:, 1]+box_b[:, 3])/2)**2 diag_enclose_sqrd = ((enclosing_box[1][:,:,0]-enclosing_box[0][:, :, 0])**2+ (enclosing_box[1][:,:,1]-enclosing_box[0][:, :, 1])**2) diou_term=center_dist_sqrd/(diag_enclose_sqrd+1e-7) ious = ious-diou_term elif type=="ciou": # Complete IoU loss v=(torch.atan(((box_b[:, 2]-box_b[:, 0])/(box_b[:, 3]-box_b[:, 1])+1e-7))- torch.atan(((box_a[:, None, 2]-box_a[:, None, 0])/ (box_a[:, None, 3]-box_a[:, None, 1])))).pow_(2)*(4/math.pi**2) alpha=v/(ious+(1-ious)*v) ciou_term=alpha*v ious = ious-ciou_term-diou_term elif type=="eiou": # Enhanced IoU e_w=torch.abs((box_a[:, None, 2]-box_a[:, None, 0])-\ (box_b[:, 2]-box_b[:, 0])) e_h=torch.abs((box_a[:, None, 3]-box_a[:, None, 1])-\ (box_b[:, 3]-box_b[:, 1])) eiou_term=e_w/e_h ious = ious-eiou_term elif type=="siou": # Symmetric IoU s_w=torch.abs((box_a[:, None, 2]+box_a[:, None, 0])-(box_b[:, 2]+box_b[:, 0]))/2 s_h=torch.abs((box_a[:, None, 3]+box_a[:, None, 1])-(box_b[:, 3]+box_b[:, 1]))/2 siou_term=s_w+s_h ious = ious-siou_term else: raise ValueError(f'Unknown IoU type {type}') return ious.squeeze_() ``` 此段代码展示了如何定义一个支持多类IOU计算方式的`soft_nms_with_iou_types()` 函数,并提供了相应的辅助函数 `compute_iou_matrix()` 来完成具体的IOU运算逻辑。用户可以根据实际需求选择合适的参数组合来进行实验测试。
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