RT-DETR改进策略【损失函数篇】| NWD损失函数,提高小目标检测精度

一、本文介绍

本文记录的是基于NWD的RT-DETR的损失函数改进方法研究。目前的IoU-Loss在一些情况下不能提供梯度来优化网络,例如当预测边界框P和真实边界框G没有重叠(即 ∣ P ∩ G ∣ = 0 |P \cap G| = 0 PG=0),或者P完全包含G或反之(即 ∣ P ∩ G ∣ = P |P \cap G| = P PG=P或G),而这两种情况在微小物体检测中非常常见。CIoUDIoU虽然能处理上述两种情况,但它们基于IoU,对微小物体的位置偏差很敏感。而本文的改进方法能够使模型解决这些问题,实现对小目标的精确检测


专栏目录:RT-DETR改进目录一览 | 涉及卷积层、轻量化、注意力、损失函数、Backbone、SPPF、Neck、检测头等全方位改进

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二、NWD设计原理

NWD损失函数设计的原理及优势如下:

2.1 NWD计算原理

  • 首先将边界框建模为二维高斯分布,对于两个二维高斯分布 m u 1 = N ( m 1 , ∑ 1 ) mu_1 = N(m_1, \sum_1) mu
### 关于RT-DETR模型中改进损失函数的方法 #### 更换为DIoU损失函数 为了提升RT-DETR检测精度,可以考虑采用不同的损失函数来优化边界框回归的效果。具体来说,更换成DIoU(Distance IoU)损失函数能够显著改善模型的表现[^1]。 DIoU不仅考虑到预测框与真实框之间的重叠面积比例,还引入了两者中心点距离作为惩罚项,从而使得模型更加关注目标位置的准确性。这种设计有助于减少误检率并提高定位精确度,在实际应用中有更好的表现。 #### 多种IoU变体的选择 除了DIoU之外,还有其他几种基于交并比(IoU)概念发展而来的损失函数可供选择,比如SIoU、GIoU、CIoU以及WIoU等。这些不同类型的IoU损失各有特点: - **GIoU (Generalized Intersection over Union)**: 扩展传统IoU定义范围至最小外接矩形区域; - **DIoU**: 增加了两个边界的欧几里得距离因子; - **CIoU (Complete Intersection Over Union)**: 结合尺度不变性和纵横比一致性因素; - **SIoU (Symmetric Distance-based IoU Loss)** 和 **WIoU (Weighted IoU)** : 提供额外特性支持特殊应用场景需求; 通过对比实验发现,在大多数情况下,上述方法均能不同程度地促进RT-DETR训练过程中的收敛速度及最终测试集上的mAP指标得分[^2]。 #### 使用MPDIoU增强边界框回归准确性 另一种有效的策略是利用MPDIoU(Multi-Perspective Distance IoU),这是一种综合考量多视角下物体间相对位姿关系的新颖损失形式。它旨在进一步强化对于复杂场景中目标检测任务的支持能力,特别是当面对遮挡严重或者姿态变化较大的实例时表现出色[^3]。 ```python import torch.nn as nn class CustomLoss(nn.Module): def __init__(self, loss_type='diou'): super(CustomLoss).__init__() self.loss_fn = { 'giou': GIoULoss(), 'diou': DIoULoss(), 'ciou': CIoULoss() }[loss_type] def forward(self, pred_boxes, target_boxes): return self.loss_fn(pred_boxes, target_boxes) # Example usage during training loop criterion = CustomLoss(loss_type='diou') output_loss = criterion(predictions, targets) ```
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