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

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分类专栏： RT-DETR改进专栏 文章标签： 目标检测 计算机视觉 RT-DETR 深度学习
于 2024-11-16 08:37:37 首次发布
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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 ∣P∩G∣=0），或者P完全包含G或反之（即 ∣ P ∩ G ∣ = P |P \cap G| = P ∣P

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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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1️⃣本专栏已更新150多种不同的改进方法，所使用并改进的每一个模块均包含详细的模块分析、原理讲解、个人总结、多种改进方式以及完整的修改流程，所有改进100%可直接运行。2️⃣所有改进点均为近三年顶会，顶刊提出的先进算法，将其融入到中，紧跟学术热点，适应不同的任务场景。3️⃣团队内发表数篇SCI论文，熟悉完整的发表流程，订阅专栏即可进群享受模型训练、模型改进、论文写作、投稿选刊，从入门到论文的各种答疑内容。4️⃣专栏内容会持续更新，最近更新时间：2024-12-4。项目介绍在大家购买专栏后，加入学习
RT-DETR改进策略【损失函数篇】| AAAI 2025 SD Loss，基于目标尺度动态调整尺度损失和位置损失的影响系数，减少 IoU 标签波动
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7、iou_ration是超参，可以调，如果小目标比较多的话，这个值可以低一些，从而增加nwd损失的比例。3、把这几行复制到utiils的loss.py。4、先对CoputerLoss类做修改。2、utils-loss，这里加。5、把那一行替换成这个。8、还有一个部分要改。9、这个box也要改。
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rtdetr的损失函数
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### RT-DETR 模型使用的损失函数解释 #### WIoU 损失函数 RT-DETR 中引入了一种新的损失函数——WIoU (Weighted Intersection over Union)，该损失函数旨在解决传统 IoU 及其变体（如 CIoU、SIoU）在某些情况下表现不佳的问题[^2]。 WIoU 的核心思想是在计算两个边界框之间的交并比时加入权重因子，使得对于不同大小的目标能够更加公平地评估预测框的质量。具体来说，WIoU 不仅考虑了重叠区域的比例，还通过加权的方式调整了对大目标和小目标的不同敏感度： \[ \text{WIoU} = \frac{\sum w_i A_i}{\sum w_j B_j}, \] 其中 \(A\) 表示真实标签框面积，\(B\) 是预测框面积，而 \(w\) 则代表基于物体尺寸或其他特征设定的权重系数[^3]。 这种改进有助于提高模型处理多尺度对象的能力，并且可以加速训练过程中的收敛速度以及改善最终检测精度。 #### 实现代码示例 以下是 Python 版本实现 WIoU 计算的一个简单例子： ```python import torch def wiou_loss(pred_boxes, gt_boxes): """ Calculate Weighted IOU loss between predicted boxes and ground truth boxes. Args: pred_boxes (Tensor): Predictions from the model with shape [N, 4]. gt_boxes (Tensor): Ground truths with same shape as `pred_boxes`. Returns: Tensor: Scalar tensor representing mean weighted IOU loss across all pairs of boxes. """ # Compute areas of both sets of boxes area_pred = (pred_boxes[:, 2] - pred_boxes[:, 0]) * \ (pred_boxes[:, 3] - pred_boxes[:, 1]) area_gt = (gt_boxes[:, 2] - gt_boxes[:, 0]) * \ (gt_boxes[:, 3] - gt_boxes[:, 1]) # Find intersection coordinates inter_xmin = torch.max(pred_boxes[:, None, 0], gt_boxes[:, 0]) inter_ymin = torch.max(pred_boxes[:, None, 1], gt_boxes[:, 1]) inter_xmax = torch.min(pred_boxes[:, None, 2], gt_boxes[:, 2]) inter_ymax = torch.min(pred_boxes[:, None, 3], gt_boxes[:, 3]) # Clip values to ensure no negative intersections occur width_intersections = torch.clamp(inter_xmax - inter_xmin, min=0.) height_intersections = torch.clamp(inter_ymax - inter_ymin, min=0.) # Calculate intersection area intersection_area = width_intersections * height_intersections # Define weights based on box sizes or other criteria here... weight_factor = ... union_areas = area_pred.view(-1, 1) + area_gt.view(1, -1) - intersection_area ious = intersection_area / union_areas # Apply weighting factor wiou_losses = 1. - (weight_factor * ious).mean() return wiou_losses.mean() ``` 此段代码展示了如何定义一个 PyTorch 函数来计算给定一组预测框 (`pred_boxes`) 和对应的真实标注框 (`gt_boxes`) 下的平均 WIoU 损失值。注意，在实际应用中可能还需要根据具体情况设置合适的权重参数 `weight_factor` 来优化性能。
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