目标检测算法——助力涨点 | YOLOv5改进结合Alpha-IoU
算法 检测 助力 结合 目标 改进 YOLOv5 Alpha
2023-09-14 09:12:42 时间
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论文题目：《Alpha-IoU: A Family of Power Intersection over Union Losses for Bounding Box Regression》
论文地址： https://arxiv.org/abs/2110.13675v2
1.论文简介：
文中，作者将现有的基于IoU Loss推广到一个新的Power IoU系列 Loss，该系列具有一个Power IoU项和一个附加的Power正则项，具有单个Power参数α。称这种新的损失系列为α-IoU Loss。在多目标检测基准和模型上的实验表明，α-IoU损失：
-
可以显著地超过现有的基于IoU的损失;
-
通过调节α，使检测器在实现不同水平的bbox回归精度方面具有更大的灵活性;
-
对小数据集和噪声的鲁棒性更强。
实验结果表明，α(α>1)增加了high IoU目标的损失和梯度，进而提高了bbox回归精度。
power参数α可作为调节α-IoU损失的超参数以满足不同水平的bbox回归精度，其中α >1通过更多地关注High IoU目标来获得高的回归精度(即High IoU阈值)。
α对不同的模型或数据集并不过度敏感，在大多数情况下，α=3表现一贯良好。α-IoU损失家族可以很容易地用于改进检测器的效果，在干净或嘈杂的环境下，不会引入额外的参数，也不增加训练/推理时间。
2.相应代码：
def bbox_alpha_iou(box1, box2, x1y1x2y2=False, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, EIoU=False, alpha=3, eps=1e-9):
# Returns tsqrt_he 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
# change iou into pow(iou+eps) 加入α次幂
# alpha iou
iou = torch.pow(inter / union + eps, alpha)
beta = 2 * alpha
if GIoU or DIoU or CIoU or EIoU:
# 两个框的最小闭包区域的width和height
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 or EIoU: # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1
# 最小外接矩形 对角线的长度平方
c2 = cw ** beta + ch ** beta + eps # convex diagonal
rho_x = torch.abs(b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2)
rho_y = torch.abs(b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2)
# 两个框中心点之间距离的平方
rho2 = (rho_x ** beta + rho_y ** beta) / (2 ** beta) # center distance
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) - torch.atan(w1 / h1), 2)
with torch.no_grad():
alpha_ciou = v / ((1 + eps) - inter / union + v)
# return iou - (rho2 / c2 + v * alpha_ciou) # CIoU
return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha)) # CIoU
# EIoU 在CIoU的基础上
# 将预测框宽高的纵横比损失项 拆分成预测框的宽高分别与最小外接框宽高的差值
# 加速了收敛提高了回归精度
elif EIoU:
rho_w2 = ((b2_x2 - b2_x1) - (b1_x2 - b1_x1)) ** beta
rho_h2 = ((b2_y2 - b2_y1) - (b1_y2 - b1_y1)) ** beta
cw2 = cw ** beta + eps
ch2 = ch ** beta + eps
return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2)
# GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf
c_area = torch.max(cw * ch + eps, union) # convex area
return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha) # GIoU
else:
return iou # torch.log(iou+eps) or iou
最后，将utils/loss.py文件中的iou=bbox_iou换iou=bbox_alpha_iou即可。
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🚀三、注意力机制（持续更新中）🎄🎈
1.目标检测算法——YOLOv5改进之结合CBAM注意力机制
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🚀四、检测头部改进（持续更新中）🎄🎈
1.魔改YOLOv5/v7高阶版（魔法搭配+创新组合）——改进之结合解耦头Decoupled_Detect
2.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进结合涨点Trick之ASFF（自适应空间特征融合）
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🚀五、空间金字塔池化（持续更新中）🎄🎈
1.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之结合ASPP（空洞空间卷积池化金字塔）
2.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之结合特征提取网络RFBNet（涨点明显）
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🚀六、损失函数及NMS改进（持续更新中）🎄🎈
1.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进|将IOU Loss替换为EIOU Loss
2.目标检测算法——助力涨点 | YOLOv5改进结合Alpha-IoU
3.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之结合SIoU
4.目标检测算法——YOLOv5将NMS替换为DIoU-NMS
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🚀七、其他创新改进项目（持续更新中）🎄🎈
1.手把手教你搭建属于自己的PyQt5-YOLOv5目标检测平台（保姆级教程）
2.YOLO算法改进之结合GradCAM可视化热力图（附详细教程）
3.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之结合SPD-Conv（低分辨率图像和小目标涨点明显）
4.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之更换FReLU激活函数
5.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7改进之结合BiFPN
🌴 持续更新中……
🚀八、算法训练相关项目（持续更新中）🎄🎈
1.目标检测算法——YOLOv7训练自己的数据集（保姆级教程）
2.人工智能前沿——玩转OpenAI语音机器人ChatGPT（中文版）
3.深度学习之语义分割算法（入门学习）
4.知识经验分享——YOLOv5-6.0训练出错及解决方法（RuntimeError）
5.目标检测算法——将xml格式转换为YOLOv5格式txt
6.目标检测算法——YOLOv5/YOLOv7如何改变bbox检测框的粗细大小
7.人工智能前沿——6款AI绘画生成工具
8.YOLOv5结合人体姿态估计
9.超越YOLOv5，0.7M超轻量，又好又快（PP-YOLOE&PP-PicoDet）
10.目标检测算法——收藏|小目标检测的定义（一）
11.目标检测算法——收藏|小目标检测难点分析（二）
12.目标检测算法——收藏|小目标检测解决方案（三）
🌴 持续更新中……
🚀九、数据资源相关项目（持续更新中）🎄🎈
1.目标检测算法——小目标检测相关数据集（附下载链接）
2.目标检测算法——3D公共数据集汇总（附下载链接）
3.目标检测算法——3D公共数据集汇总 2（附下载链接）
4.目标检测算法——行人检测&人群计数数据集汇总(附下载链接)
5.目标检测算法——遥感影像数据集资源汇总（附下载链接）
6.目标检测算法——自动驾驶开源数据集汇总（附下载链接）
7.目标检测算法——自动驾驶开源数据集汇总 2（附下载链接）
8.目标检测算法——图像分类开源数据集汇总（附下载链接）
9.目标检测算法——医学图像开源数据集汇总（附下载链接）
10.目标检测算法——工业缺陷数据集汇总1（附下载链接）
11.目标检测算法——工业缺陷数据集汇总2（附下载链接）
12.目标检测算法——垃圾分类数据集汇总（附下载链接）
13.目标检测算法——人脸识别数据集汇总（附下载链接）
14.目标检测算法——安全帽识别数据集（附下载链接）
15.目标检测算法——人体姿态估计数据集汇总（附下载链接）
16.目标检测算法——人体姿态估计数据集汇总 2（附下载链接）
17.目标检测算法——车辆牌照识别数据集汇总（附下载链接）
18.目标检测算法——车辆牌照识别数据集汇总 2（附下载链接）
19.收藏 | 机器学习公共数据集集锦（附下载链接）
20.目标检测算法——图像分割数据集汇总（附下载链接）
21.目标检测算法——图像分割数据集汇总 2（附下载链接）
22.收藏 | 自然语言处理（NLP）数据集汇总（附下载链接）
23.自然语言处理（NLP）数据集汇总 2（附下载链接）
24.自然语言处理（NLP）数据集汇总 3（附下载链接）
25.自然语言处理（NLP）数据集汇总 4（附下载链接）
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🚀十、论文投稿相关项目（持续更新中）🎄🎈
1.论文投稿指南——收藏|SCI论文投稿注意事项（提高命中率）
2.论文投稿指南——收藏|SCI论文怎么投？（Accepted）
3.论文投稿指南——收藏|SCI写作投稿发表全流程
4.论文投稿指南——收藏|如何选择SCI期刊（含选刊必备神器）
5.论文投稿指南——SCI选刊
6.论文投稿指南——SCI投稿各阶段邮件模板
7.人工智能前沿——深度学习热门领域（确定选题及研究方向）
8.人工智能前沿——2022年最流行的十大AI技术
9.人工智能前沿——未来AI技术的五大应用领域
10.人工智能前沿——无人自动驾驶技术
11.人工智能前沿——AI技术在医疗领域的应用
12.人工智能前沿——随需应变的未来大脑
13.目标检测算法——深度学习知识简要普及
14.目标检测算法——10种深度学习框架介绍
15.目标检测算法——为什么我选择PyTorch？
16.知识经验分享——超全激活函数解析（数学原理+优缺点）
17.知识经验分享——卷积神经网络（CNN）
18.海带软件分享——Office 2021全家桶安装教程（附报错解决方法）
19.海带软件分享——日常办公学习软件分享（收藏）
20.论文投稿指南——计算机视觉 (Computer Vision) 顶会归纳
21.论文投稿指南——中文核心期刊
22.论文投稿指南——计算机领域核心期刊
23.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（计算机技术）
24.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（计算机技术2）
25.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（计算机技术3）
26.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（电子、通信技术）
27.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（电子、通信技术2）
28.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（电子、通信技术3）
29.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（机械、仪表工业）
30.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（机械、仪表工业2）
31.论文投稿指南——中文核心期刊推荐（机械、仪表工业3）
32.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第1期）
33.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第2期）
34.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第3期）
35.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第4期）
36.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第5期）
37.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第6期）
38.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第7期）
39.论文投稿指南——中国（中文EI）期刊推荐（第8期）
40.【1】SCI易中期刊推荐——计算机方向（中科院3区）
41.【2】SCI易中期刊推荐——遥感图像领域（中科院2区）
42.【3】SCI易中期刊推荐——人工智能领域（中科院1区）
43.【4】SCI易中期刊推荐——神经科学研究（中科院4区）
44.【5】SCI易中期刊推荐——计算机科学（中科院2区）
45.【6】SCI易中期刊推荐——人工智能&神经科学&机器人学（中科院3区）
46.【7】SCI易中期刊推荐——计算机 | 人工智能（中科院4区）
47.【8】SCI易中期刊推荐——图像处理领域（中科院4区）
48.【9】SCI易中期刊推荐——工程技术-计算机：软件工程（中科院4区）
49.【10】SCI易中期刊推荐——工程技术-计算机：人工智能（中科院2区）
50.【11】SCI易中期刊推荐——计算机方向（中科院4区）
51.【12】SCI易中期刊推荐——计算机信息系统（中科院4区）
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