目标检测算法改进系列之添加EIOU,SIOU,AlphaIOU,FocalEIOU等

YOLOv8添加EIoU,SIoU,AlphaIoU,FocalEIoU,Wise-IoU等

yolov8中box_iou其默认用的是CIoU,其中代码还带有GIoU,DIoU,文件路径:ultralytics/yolo/utils/metrics.py,函数名为:bbox_iou
在这里插入图片描述

原始代码

def bbox_iou(box1, box2, x1y1x2y2=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, eps=1e-7):
    # Returns the IoU of box1 to box2. box1 is 4, box2 is nx4
    box2 = box2.T

    # Get the coordinates of bounding boxes
    if x1y1x2y2:  # x1, y1, x2, y2 = box1
        b1_x1, b1_y1, b1_x2, b1_y2 = box1[0], box1[1], box1[2], box1[3]
        b2_x1, b2_y1, b2_x2, b2_y2 = box2[0], box2[1], box2[2], box2[3]
    else:  # transform from xywh to xyxy
        b1_x1, b1_x2 = box1[0] - box1[2] / 2, box1[0] + box1[2] / 2
        b1_y1, b1_y2 = box1[1] - box1[3] / 2, box1[1] + box1[3] / 2
        b2_x1, b2_x2 = box2[0] - box2[2] / 2, box2[0] + box2[2] / 2
        b2_y1, b2_y2 = box2[1] - box2[3] / 2, box2[1] + box2[3] / 2

    # Intersection area
    inter = (torch.min(b1_x2, b2_x2) - torch.max(b1_x1, b2_x1)).clamp(0) * \
            (torch.min(b1_y2, b2_y2) - torch.max(b1_y1, b2_y1)).clamp(0)

    # Union Area
    w1, h1 = b1_x2 - b1_x1, b1_y2 - b1_y1 + eps
    w2, h2 = b2_x2 - b2_x1, b2_y2 - b2_y1 + eps
    union = w1 * h1 + w2 * h2 - inter + eps

    iou = inter / union

    if GIoU or DIoU or CIoU:
        cw = torch.max(b1_x2, b2_x2) - torch.min(b1_x1, b2_x1)  # convex (smallest enclosing box) width
        ch = torch.max(b1_y2, b2_y2) - torch.min(b1_y1, b2_y1)  # convex height
        if CIoU or DIoU:  # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1
            c2 = cw ** 2 + ch ** 2 + eps  # convex diagonal squared
            rho2 = ((b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) ** 2 +
                    (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) ** 2) / 4  # center distance squared
            if DIoU:
                return iou - rho2 / c2  # DIoU
            elif CIoU:  # https://github.com/Zzh-tju/DIoU-SSD-pytorch/blob/master/utils/box/box_utils.py#L47
                v = (4 / math.pi ** 2) * torch.pow(torch.atan(w2 / (h2 + eps)) - torch.atan(w1 / (h1 + eps)), 2)
                with torch.no_grad():
                    alpha = v / (v - iou + (1 + eps))
                return iou - (rho2 / c2 + v * alpha)  # CIoU
        else:  # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
            c_area = cw * ch + eps  # convex area
            return iou - (c_area - union) / c_area  # GIoU
    else:
        return iou  # IoU

代码替换

只需要把上面提及到的这个函数替换成以下代码。

import numpy as np
import torch, math

class WIoU_Scale:
    ''' monotonous: {
            None: origin v1
            True: monotonic FM v2
            False: non-monotonic FM v3
        }
        momentum: The momentum of running mean'''
    
    iou_mean = 1.
    monotonous = False
    _momentum = 1 - 0.5 ** (1 / 7000)
    _is_train = True

    def __init__(self, iou):
        self.iou = iou
        self._update(self)
    
    @classmethod
    def _update(cls, self):
        if cls._is_train: cls.iou_mean = (1 - cls._momentum) * cls.iou_mean + \
                                         cls._momentum * self.iou.detach().mean().item()
    
    @classmethod
    def _scaled_loss(cls, self, gamma=1.9, delta=3):
        if isinstance(self.monotonous, bool):
            if self.monotonous:
                return (self.iou.detach() / self.iou_mean).sqrt()
            else:
                beta = self.iou.detach() / self.iou_mean
                alpha = delta * torch.pow(gamma, beta - delta)
                return beta / alpha
        return 1
    

def bbox_iou(box1, box2, xywh=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, SIoU=False, EIoU=False, WIoU=False, Focal=False, alpha=1, gamma=0.5, scale=False, eps=1e-7):
    # Returns Intersection over Union (IoU) of box1(1,4) to box2(n,4)

    # Get the coordinates of bounding boxes
    if xywh:  # transform from xywh to xyxy
        (x1, y1, w1, h1), (x2, y2, w2, h2) = box1.chunk(4, -1), box2.chunk(4, -1)
        w1_, h1_, w2_, h2_ = w1 / 2, h1 / 2, w2 / 2, h2 / 2
        b1_x1, b1_x2, b1_y1, b1_y2 = x1 - w1_, x1 + w1_, y1 - h1_, y1 + h1_
        b2_x1, b2_x2, b2_y1, b2_y2 = x2 - w2_, x2 + w2_, y2 - h2_, y2 + h2_
    else:  # x1, y1, x2, y2 = box1
        b1_x1, b1_y1, b1_x2, b1_y2 = box1.chunk(4, -1)
        b2_x1, b2_y1, b2_x2, b2_y2 = box2.chunk(4, -1)
        w1, h1 = b1_x2 - b1_x1, (b1_y2 - b1_y1).clamp(eps)
        w2, h2 = b2_x2 - b2_x1, (b2_y2 - b2_y1).clamp(eps)

    # Intersection area
    inter = (b1_x2.minimum(b2_x2) - b1_x1.maximum(b2_x1)).clamp(0) * \
            (b1_y2.minimum(b2_y2) - b1_y1.maximum(b2_y1)).clamp(0)

    # Union Area
    union = w1 * h1 + w2 * h2 - inter + eps
    if scale:
        self = WIoU_Scale(1 - (inter / union))

    # IoU
    # iou = inter / union # ori iou
    iou = torch.pow(inter/(union + eps), alpha) # alpha iou
    if CIoU or DIoU or GIoU or EIoU or SIoU or WIoU:
        cw = b1_x2.maximum(b2_x2) - b1_x1.minimum(b2_x1)  # convex (smallest enclosing box) width
        ch = b1_y2.maximum(b2_y2) - b1_y1.minimum(b2_y1)  # convex height
        if CIoU or DIoU or EIoU or SIoU or WIoU:  # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1
            c2 = (cw ** 2 + ch ** 2) ** alpha + eps  # convex diagonal squared
            rho2 = (((b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) ** 2 + (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) ** 2) / 4) ** alpha  # center dist ** 2
            if CIoU:  # https://github.com/Zzh-tju/DIoU-SSD-pytorch/blob/master/utils/box/box_utils.py#L47
                v = (4 / math.pi ** 2) * (torch.atan(w2 / h2) - torch.atan(w1 / h1)).pow(2)
                with torch.no_grad():
                    alpha_ciou = v / (v - iou + (1 + eps))
                if Focal:
                    return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha)), torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_CIoU
                else:
                    return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha))  # CIoU
            elif EIoU:
                rho_w2 = ((b2_x2 - b2_x1) - (b1_x2 - b1_x1)) ** 2
                rho_h2 = ((b2_y2 - b2_y1) - (b1_y2 - b1_y1)) ** 2
                cw2 = torch.pow(cw ** 2 + eps, alpha)
                ch2 = torch.pow(ch ** 2 + eps, alpha)
                if Focal:
                    return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2), torch.pow(inter/(union + eps), gamma) # Focal_EIou
                else:
                    return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2) # EIou
            elif SIoU:
                # SIoU Loss https://arxiv.org/pdf/2205.12740.pdf
                s_cw = (b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) * 0.5 + eps
                s_ch = (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) * 0.5 + eps
                sigma = torch.pow(s_cw ** 2 + s_ch ** 2, 0.5)
                sin_alpha_1 = torch.abs(s_cw) / sigma
                sin_alpha_2 = torch.abs(s_ch) / sigma
                threshold = pow(2, 0.5) / 2
                sin_alpha = torch.where(sin_alpha_1 > threshold, sin_alpha_2, sin_alpha_1)
                angle_cost = torch.cos(torch.arcsin(sin_alpha) * 2 - math.pi / 2)
                rho_x = (s_cw / cw) ** 2
                rho_y = (s_ch / ch) ** 2
                gamma = angle_cost - 2
                distance_cost = 2 - torch.exp(gamma * rho_x) - torch.exp(gamma * rho_y)
                omiga_w = torch.abs(w1 - w2) / torch.max(w1, w2)
                omiga_h = torch.abs(h1 - h2) / torch.max(h1, h2)
                shape_cost = torch.pow(1 - torch.exp(-1 * omiga_w), 4) + torch.pow(1 - torch.exp(-1 * omiga_h), 4)
                if Focal:
                    return iou - torch.pow(0.5 * (distance_cost + shape_cost) + eps, alpha), torch.pow(inter/(union + eps), gamma) # Focal_SIou
                else:
                    return iou - torch.pow(0.5 * (distance_cost + shape_cost) + eps, alpha) # SIou
            elif WIoU:
                if Focal:
                    raise RuntimeError("WIoU do not support Focal.")
                elif scale:
                    return getattr(WIoU_Scale, '_scaled_loss')(self), (1 - iou) * torch.exp((rho2 / c2)), iou # WIoU https://arxiv.org/abs/2301.10051
                else:
                    return iou, torch.exp((rho2 / c2)) # WIoU v1
            if Focal:
                return iou - rho2 / c2, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_DIoU
            else:
                return iou - rho2 / c2  # DIoU
        c_area = cw * ch + eps  # convex area
        if Focal:
            return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha), torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
        else:
            return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha)  # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
    if Focal:
        return iou, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_IoU
    else:
        return iou  # IoU

### yolov8
if type(iou) is tuple:
    if len(iou) == 2:
        loss_iou = ((1.0 - iou[0]) * iou[1].detach() * weight).sum() / target_scores_sum
    else:
        loss_iou = (iou[0] * iou[1] * weight).sum() / target_scores_sum
else:
    loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum
    
### yolov5
iou = bbox_iou(pbox, tbox[i], CIoU=True)
if type(iou) is tuple:
    if len(iou) == 2:
        lbox += (iou[1].detach().squeeze() * (1 - iou[0].squeeze())).mean()
        iou = iou[0].squeeze()
    else:
        lbox += (iou[0] * iou[1]).mean()
        iou = iou[2].squeeze()
else:
    lbox += (1.0 - iou.squeeze()).mean()  # iou loss
    iou = iou.squeeze()

注意事项

1、Focal_EIoU的思想是可以用作与其他IoU的变种,因此我对里面所有的IoU都支持Focal_EIoU的思想,只需要设定Focal参数为True即可,我自己测试的过程中,除了Focal_SIoU出现loss为inf之外,其他的都正常,不过这个不同的数据集可能出现不一样,具体可以自行测试下。
2、gamma参数是Focal_EIoU中的gamma参数,一般就是为0.5,有需要可以自行更改。
3、alpha参数为AlphaIoU中的alpha参数,默认为1,1的意思就是跟正常的IoU一样,如果想采用AlphaIoU的话,论文alpha默认值为3。(比如我不想使用AlphaIoU的特性,我就把alpha设置为1就可以,如果我想使用AlphaIoU的特性,我可以设置alpha为3)。
4、跟Focal_EIoU一样,我认为AlphaIoU的思想同样可以用在其他的IoU变种上,简单来说就是如果你设置了alpha为3,其他IoU设定的参数(GIoU,DIoU,CIoU,EIoU,SIoU)为False的时候,那就是AlphaIoU,如果你设置了alpha为3,CIoU为True的时候,那就是AlphaCIoU,效果的话就因数据集和模型而已,具体可以自行测试下。
5、想用那个IoU变种,就直接设置参数为True即可。
6、AlphaIoU理论上与Focal_EIoU没有直接的冲突,但是作者这边没有详细测试过,这两者一起用会是什么效果,有兴趣可以自行测试下。

BboxLoss Class中的forward函数修改

除了以上这个函数替换,还需要在ultralytics/yolo/utils/loss.py中BboxLoss Class中的forward函数中修改一下。

原始代码

在这里插入图片描述

具体修改

iou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, CIoU=True)
if type(iou) is tuple:
    loss_iou = ((1.0 - iou[0]) * iou[1].detach() * weight).sum() / target_scores_sum
else:
    loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum

最后修改参数就在调用bbox_iou中进行修改即可,比如上面的代码就是使用了CIoU,如果你想使用Focal_EIoU可以修改为

iou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, EIoU=True, Focal=True) 

YoloV8中在标签分配规则中也有用到bbox_iou的函数,具体路径为:ultralytics/yolo/utils/tal.py的TaskAlignedAssigner class中的get_box_metrics函数
在这里插入图片描述
对于这个,建议就是跟你计算IoU Loss的时候选择一样即可,但是这里不需要开启Focal选项,因为这里只是单纯求交并比。意思就是你在计算IoU Loss的时候,比如选择了Focal=True和CIoU=True,那么在这里你只需要选择CIoU=True即可。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:/a/109195.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系我们进行投诉反馈qq邮箱809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

故障诊断模型 | Maltab实现LSTM长短期记忆神经网络故障诊断

文章目录 效果一览文章概述模型描述源码设计参考资料效果一览 文章概述 故障诊断模型 | Maltab实现LSTM长短期记忆神经网络故障诊断 模型描述 长短记忆神经网络——通常称作LSTM,是一种特殊的RNN,能够学习长的依赖关系。 他们由Hochreiter&Schmidhuber引入,并被许多人进行了…

2023 年值得关注的国外网络安全初创公司

网络安全初创公司试图解决的问题往往有点超前于主流。他们可以比大多数老牌公司更快地填补空白或新兴需求。初创公司通常可以更快地创新,因为它们不受安装基础的限制。 当然,缺点是初创公司往往缺乏资源和成熟度。公司致力于初创公司的产品或平台是有风…

基于单片机的空气质量检测系统

欢迎大家点赞、收藏、关注、评论啦 ,由于篇幅有限,只展示了部分核心代码。 技术交流认准下方 CSDN 官方提供的联系方式 文章目录 概要 一、主要内容二、系统方案设计2.1 系统方案设计2.2 主控制器模块选择 三、 系统软件设计4.1 程序结构分析4.2系统程序…

基于SSM的会员卡管理系统设计与实现

末尾获取源码 开发语言:Java Java开发工具:JDK1.8 后端框架:SSM 前端:采用JSP技术开发 数据库:MySQL5.7和Navicat管理工具结合 服务器:Tomcat8.5 开发软件:IDEA / Eclipse 是否Maven项目&#x…

S32K144芯片焊接完成后使用S32DS初次下载无法下载解决方法

一、问题现象如下,S32DS Debug下报错 二、原因,原厂芯片出厂时的FLASH Memory的安全机制是激活的,仿真器是可以连上,但是没法读取Flash Memory的内容 三、解决方法 参考图示,解锁后即可正常Debug

Mac电脑配置Dart编程环境

1.安装Dart SDK 官网地址:https://dart.dev/get-dart $brew tap dart-lang/dart$brew install dart 安装后,用命令检测一下是否安装正常。 $brew info dart 2.VS Code配置Dart环境 1).安装VS Code 官网地址:https://code.visualstudio.c…

【技能树笔记】网络篇——练习题解析(十)

【技能树笔记】网络篇系列前九篇 【技能树笔记】网络篇——练习题解析(一)-CSDN博客 【技能树笔记】网络篇——练习题解析(二)-CSDN博客 【技能树笔记】网络篇——练习题解析(三)-CSDN博客 【技能树笔记】网…

DAY38 动态规划 + 509. 斐波那契数 + 70. 爬楼梯 + 746. 使用最小花费爬楼梯

动态规划理论 动态规划,Dynamic Programming, DP, 如果某一问题有很多重叠子问题,使用动态规划是最有效的。 所以动态规划中每一个状态一定是由上一个状态推导出来的,这一点就区分于贪心,贪心没有状态推导…

Cross Site Scripting (XSS)

攻击者会给网站发送可疑的脚本,可以获取浏览器保存的网站cookie, session tokens, 或者其他敏感的信息,甚至可以重写HTML页面的内容。 背景 XSS漏洞有不同类型,最开始发现的是存储型XSS和反射型XSS,2005,Am…

Node学习笔记之user用户API模块

1、获取用户的基本信息 步骤 获取登录会话存储的session中用户的id判断是否获取到id根据用户id查询数据库中的个人信息检查指定 id 的用户是否存在将密码设置为空将数据返回给前端 // 获取用户信息数据 exports.userinfo (req, res) > {(async function () {// 1. 获取…

C语言每日一练(二)

单链表经典算法专题 一、 单链表相关经典算法OJ题1:移除链表元素 解法一:在原链表中删除Node.nextnext的节点 typedef struct ListNode ListNode; struct ListNode* removeElements( ListNode* head, int val) {ListNode* pcur head;ListNode* pre h…

CVE-2021-44228 Apache log4j 远程命令执行漏洞

一、漏洞原理 log4j(log for java)是由Java编写的可靠、灵活的日志框架,是Apache旗下的一个开源项目,使用Log4j,我们更加方便的记录了日志信息,它不但能控制日志输出的目的地,也能控制日志输出的内容格式;…

【数据结构】插入排序

⭐ 作者:小胡_不糊涂 🌱 作者主页:小胡_不糊涂的个人主页 📀 收录专栏:浅谈数据结构 💖 持续更文,关注博主少走弯路,谢谢大家支持 💖 直接插入、希尔排序 1. 什么是排序2…

lesson2(补充)关于>>运算符和<<运算符重载

个人主页&#xff1a;Lei宝啊 愿所有美好如期而遇 前言&#xff1a; cout和cin我们在使用时需要包含iostream头文件&#xff0c;我们可以知道的是cout是写在ostream类里的&#xff0c;cin是写在istream类里的&#xff0c;他们都是定义出的对象&#xff0c;而<< 和 >…

c++多线程

目录 一、进程与线程 二、多线程的实现 2.1 C中创建多线程的方法 2.2 join() 、 detach() 和 joinable() 2.2.1 join() 2.2.2 detach() 2.2.3 joinable() 2.3 this_thread 三、同步机制&#xff08;同步原语&#xff09; 3.1 同步与互斥 3.2 互斥锁&#xff08;mu…

笔记本电脑搜索不到wifi6 无线路由器信号

路由器更换成wifi6 无线路由器后&#xff0c;手机能搜索到这个无线信号&#xff0c;但是笔记本搜索不到这个无线信号&#xff0c;后网上搜索后发现是无线网卡驱动问题&#xff0c;很多无线网卡使用的是Intel芯片&#xff0c;Intel就此发布了公告&#xff0c;升级驱动就可以彻底…

npm install报错,解决记录

第一步&#xff1a;检查和安装 我这里建议检查 1.node.js版本是否和前使用版本一致 2.npm版本是否和前使用版本一致 3.vue版本是否和前使用版本一致 4.vue脚手架是否和前使用版本一致 5.npm镜像是否和前使用版本一致 1.检查版本 【node版本】 命令&#xff1a;node -v 结果&a…

【C++初阶】类和对象——操作符重载const成员函数取地址重载日期类的实现

个人主页点击直达&#xff1a;小白不是程序媛 C系列专栏&#xff1a;C头疼记 目录 前言&#xff1a; 运算符重载 运算符重载 赋值运算符重载 前置和后置重载 const成员 取地址及const取地址操作符重载 使用函数操作符重载完成日期类的实现 前言&#xff1a; 上篇文…

校园物业报修小程序开发笔记一

背景 校园规模和复杂性&#xff1a; 大型学校和校园通常拥有众多的建筑物、设施和设备&#xff0c;需要有效的维护和报修系统&#xff0c;以满足学生、教职员工和校园管理人员的需求。 学生和员工需求&#xff1a; 学生和员工在校园内可能遇到各种维修问题&#xff0c;如故障的…

公网IP怎么设置?公网ip有哪些优点和缺点?

随着互联网的普及&#xff0c;越来越多的人开始关注网络安全和隐私保护。其中&#xff0c;公网IP的设置成为了一个备受关注的话题。本文将详细介绍公网IP的设置方法以及公网IP的优点和缺点。 一、公网IP设置方法 1. 路由器设置 在家庭或企业网络中&#xff0c;路由器通常是最重…