YOLOv 改进WIoU损失函数:基于动态聚焦机制的边界框回归损失及基于注意力的WIoU损失函数

本文提出了一种改进的损失函数,结合动态聚焦机制的边界框回归损失和基于注意力的WIoU损失,以提升目标检测性能。这种方法超越了传统的CIoU和SIoU损失,在实验中验证了其优越性。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

摘要:
目标检测是计算机视觉领域的一个重要任务,而损失函数的设计对于目标检测算法的性能至关重要。在本文中,我们提出了一种改进的损失函数,通过引入动态聚焦机制的边界框回归损失和基于注意力的WIoU损失函数,取得了在目标检测任务中的显著性能提升。我们的方法超越了传统的CIoU和SIoU损失函数,并在实验中得到了验证。

  1. 引言
    目标检测是计算机视觉中一个重要的任务,它在许多应用中发挥着关键作用。准确地定位和识别图像或视频中的目标对于自动驾驶、视频监控、智能交通等领域至关重要。然而,目标检测面临着许多挑战,其中之一就是设计有效的损失函数来训练模型。

  2. 相关工作
    在目标检测领域,常用的损失函数包括IoU、GIoU、DIoU、CIoU和SIoU等。这些损失函数在一定程度上解决了目标检测中的问题,但仍存在一些局限性。为了进一步提升目标检测性能,我们引入了动态聚焦机制的边界框回归损失和基于注意力的WIoU损失函数。

  3. 动态聚焦机制的边界框回归损失
    传统的边界框回归损失通常使用固定的权重来平衡位置和尺度的损失。然而,这种静态权重的设计无法适应各种目标的特点。为了解决这个问题,我们提出了动态聚焦机制的边界框回归损失。该损失函数通过学习目标的重要性权重,对不同目标进行动态调整。具体而言,我们通过引入注意力机制,根据目标的重要性自适应地调整回归损失的权重。这样可以更好地平衡位置和尺度的损失,提高目标检测

### YOLOv8 Weighted IoU (WIoU) 损失函数实现与解释 #### 定义与作用 Weighted Intersection over Union (WIoU) 是一种改进版的边界框回归损失函数,旨在提高目标检测模型预测边界框的准确性。相比于传统的 IoU 和 GIoU,WIoU 考虑了不同大小物体的重要性差异,在处理多尺度目标时表现更优[^1]。 #### 数学表达式 对于给定的真实边界框 \( \text{bbox}_{gt}=(x_{gt}, y_{gt}, w_{gt}, h_{gt}) \) 和预测边界框 \( \text{bbox}_p=(x_p, y_p, w_p, h_p) \),WIoU 的定义如下: \[ L_{\text{wIOU}}(\text{bbox}_{gt}, \text{bbox}_p)= -\log{\left( \frac{|B_1 \cap B_2|}{|B_1 \cup B_2|+\epsilon}\right)}-\alpha\cdot\min{(r,\beta)}, \] 其中, - \( |B_1 \cap B_2| \) 表示两个矩形区域交集面积; - \( |B_1 \cup B_2| \) 表示并集面积; - \( r=\sqrt{{l^2+w^2}/{c^2}} \), \( l=|x_c-x_g| \),\( w=|y_c-y_g|\); - \( c \) 代表最小封闭凸包对角线长度; - 参数 \( \alpha \in [0,4], \beta>0 \). 此公式不仅考虑了重叠程度还加入了中心点距离惩罚项来提升定位精度. #### 实现细节 为了防止数值不稳定情况的发生以及加速训练过程,建议采用混合精度策略:即在网络计算过程中保持大部分运算为 FP16 格式,而仅在涉及梯度更新和损失累积的地方切换回 FP32 格式[^2]. 这样可以有效减少内存占用的同时维持较高的计算效率. ```python import torch.nn as nn from torchvision.ops import box_iou class WIoULoss(nn.Module): def __init__(self, alpha=1., beta=9.): super(WIoULoss, self).__init__() self.alpha = alpha self.beta = beta def forward(self, pred_boxes, target_boxes): ious = box_iou(pred_boxes, target_boxes).diag() # 计算中心坐标偏差 center_diffs = ((pred_boxes[:, :2]-target_boxes[:, :2])**2).sum(dim=-1)**0.5 # 获取最小外接矩形尺寸 enclose_wh = (torch.max(pred_boxes[:, 2:], target_boxes[:, 2:]) - torch.min(pred_boxes[:, :2], target_boxes[:, :2])) diagonal_len = (enclose_wh ** 2).sum(dim=-1) ** .5 # 加入额外惩罚因子 penalty_term = -(self.alpha * torch.clamp(center_diffs / diagonal_len, max=self.beta)) return (-torch.log((ious + 1e-7)) - penalty_term).mean() ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值