YOLOv8改进 | 损失函数篇 | YOLOv8引入EfficiCLoss损失函数(有效提点)

1.  EfficiCLoss损失函数介绍

目标检测的核心任务通常涵盖定位和检测两个关键方面,其中定位的精确度在很大程度上依赖于回归损失函数的性能。因此,为提升定位准确性,研究者们提出了多种创新的回归损失函数。

在边界框回归中,Intersection over Union(IoU)作为衡量预测框与真实框相似度的黄金指标,通过精心选择正负样本来优化模型的性能。然而,传统的IoU损失函数在预测框与真实框不重叠时无法有效发挥作用,这成为了一个亟待解决的问题。

为了克服这一局限,基于IoU衍生出了多种评价体系,这些体系从不同角度对原有的IoU损失函数进行了改进,显著增强了其鲁棒性和实用性。其中,广义交叉联合(GIoU)、Distance Intersection over Union (DIoU) 和(Complete Intersection over Union)CIoU损失函数尤为突出,它们在目标检测领域取得了显著的进步。

特别值得一提的是CIoU损失函数,它目前被认为是边界回归损失函数中的佼佼者。CIoU不仅考虑了预测框与真实框的重叠区域,还融入了中心点距离和纵横比这两个重要的几何因素。通过综合利用IoU、欧几里得距离、对应的长宽比和角度等信息,CIoU能够更全面地评估预测框与真实框的匹配程度,从而显著提升目标检测的准确性。尽管CIoU已经取得了显著的成果,但仍有进一步优化的空间

### YOLOv8s 的损失函数 YOLOv8 是 Ultralytics 开发的一个版本,继承并改进了之前 YOLO 系列的目标检测框架。其核心之一在于损失函数的设计,这直接影响到模型的性能表现。 在 YOLOv8 中,主要采用的是 **CIoU (Complete Intersection over Union)** 损失函数作为边界框回归的核心部分[^2]。 CIoU 结合了几何距离、纵横比以及重叠区域的信息,能够更高效地优化预测框的位置和大小。相比传统的 IoU 或 DIoU,CIoU 能够更快收敛,并提供更高的定位精度。 然而,在某些特定场景下(例如小目标检测),可能会引入其他变种损失函数以进一步提升效果。例如 WIOU 损失函数可以动态调整不同质量锚框之间的权重分布,从而改善小目标检测的表现[^1]。不过需要注意的是,默认情况下 YOLOv8 并未使用 WIOU,而是依赖于 CIoU 和分类交叉熵共同完成训练过程。 以下是基于 PyTorch 实现的一部分简化版 CIoU 计算代码: ```python import torch def bbox_iou(box1, box2, x1y1x2y2=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=True, eps=1e-7): # Returns the IoU of box1 to box2. box1 is 4, box2 is nx4 ... if CIoU or DIoU: cw = torch.max(box1[:, None, 0], box2[:, 0]) - torch.min(box1[:, None, 0], box2[:, 0]) ch = torch.max(box1[:, None, 1], box2[:, 1]) - torch.min(box1[:, None, 1], box2[:, 1]) if CIoU: c2 = cw**2 + ch**2 + eps rho2 = ((box1_x1 - box2_x1)**2 + (box1_y1 - box2_y1)**2) / c2 v = (4 / math.pi**2) * torch.pow(torch.atan(w1/h1).unsqueeze(1) - torch.atan(w2/h2), 2) alpha = v / (alpha_denom + eps) ciou = iou - (rho2 + v*alpha) return ciou ``` 上述代码片段展示了如何计算两个边界框间的 CIoU 值,其中包含了位置偏差项 `rho2` 及宽高比例惩罚项 `v` 来增强回归能力。
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