目标检测-IOU

IOU为交并比,指的是两个bbox的交集面积比上他们的并集面积,用来评估两个bbox的重合度。。
在这里插入图片描述

应用

(1)在目标检测中,同一个目标可能被预测多个矩形框,这时候只想保留得分最高的那一个,需要剔除与高score bbox有较高重合度的低score bbox(NMS),而这里的重合度评估标准就是计算他们的IOU;
(2)训练faster R_CNN中,对于预测的bounding box,需要通过计算预测框和目标框的IOU来判断这个框是正样本还是负样本,进而训练模型;
(2)对预测框性能评估时,评估指标为mAP(可以简单理解为精确度),我们要对预测正确的框计算mAP,那么怎么才算预测正确呢?这里就用到了IOU,当预框与真实框的IOU>0.5,并且类别一致,说明预测正确,这里就用到了IOU;

代码实现

其实这个实现代码在吴恩达老师的深度学习课程中的编程作业里有实现:
两个矩形框的面积很好求,难点在于求交集的矩形面积,貌似要考虑多种交集的情况,但实际上,所有的情况都是一种情况。。

# box1 -- first box, list object with coordinates (x1, y1, x2, y2), (upper left and lower right)  
# box2 -- second box, list object with coordinates (x1, y1, x2, y2)
xi1 = max(box1[0], box2[0])  ## 左上x
yi1 = 
### Alpha-IoU 损失函数概述 Alpha-IoU (Intersection over Union) 是一种用于提高目标检测精度的损失函数,在传统 IoU 基础上进行了改进。该损失函数旨在解决标准 CIOU 和 GIOU 存在的一些局限性,特别是在处理不同尺度的目标时表现更优[^2]。 ### Alpha-IoU 的特点 Alpha-IoU 主要具有以下几个特性: - **自适应调整**:通过引入参数 α 来动态调节边界框回归的方向和力度。 - **多尺度鲁棒性**:对于大小不同的物体都能保持良好的收敛性和稳定性。 - **增强泛化能力**:不仅提高了模型对训练集的学习效率,也增强了其对外部数据集的预测准确性[^3]。 ### 实现细节 为了实现 Alpha-IoU 损失函数,通常会在现有的框架基础上进行扩展。以下是 Python 中的一个简单示例代码片段展示如何计算两个矩形之间的 Alpha-IoU: ```python import torch def alpha_iou(pred_boxes, target_boxes, alpha=0.5): """ 计算 pred_boxes 与 target_boxes 之间 Alpha-IoU 参数: pred_boxes: 预测边框 Tensor 形状为 [N, 4], 其中 N 表示样本数量. 边框格式应为 [cx, cy, w, h]. target_boxes: 目标边框 Tensor 同样形状为 [N, 4]. 边框格式同样为 [cx, cy, w, h]. alpha: 调节因子,默认值设为 0.5 返回: ious: 所有配对间的 Alpha-IoU 结果 Tensor 形状为 [N] """ # 获取中心坐标差绝对值 |c_x1 - c_x2| 及宽度高度之和 s_w = w1 + w2, s_h = h1 + h2 center_diffs = torch.abs(pred_boxes[:, :2] - target_boxes[:, :2]) sum_sizes = pred_boxes[:, 2:] + target_boxes[:, 2:] # 计算交并比IoU以及额外项E(alpha) inter_wh = torch.max(sum_sizes / 2 - center_diffs, torch.zeros_like(center_diffs)) intersection_area = inter_wh.prod(dim=-1) union_areas = pred_boxes[:, 2:].prod(-1) + \ target_boxes[:, 2:].prod(-1) - intersection_area ious = intersection_area / union_areas.clamp(min=1e-7) e_alpha = ((center_diffs.pow(2).sum(-1)) / (((pred_boxes[:, 2:] * target_boxes[:, 2:]).sqrt().sum(-1)).pow(2))).pow(alpha) return ious - e_alpha ``` 此段代码展示了如何定义 `alpha_iou` 函数来衡量预测框 (`pred_boxes`) 和真实标签框 (`target_boxes`) 间的关系,并返回它们各自的 Alpha-IoU 得分。注意这里使用了 PyTorch 库来进行张量运算操作。
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