【yolo系列:YOLOV7改进-添加EIOU,SIOU,AlphaIOU,FocalEIOU.】

2023-10-08 00:20

本文主要是介绍【yolo系列:YOLOV7改进-添加EIOU,SIOU,AlphaIOU,FocalEIOU.】,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

yolo系列文章目录


在YoloV7中添加EIoU,SIoU,AlphaIoU,FocalEIoU,Wise-IoU.
2023-2-7 更新 yolov7添加Wise-IoUB站链接

重磅!!!!! YOLO系列模型改进损失函数

文章目录

  • yolo系列文章目录
  • 一、初始的yolov7损失函数
  • 二、首先在yolov7代码中,找到utils/general.py
  • 三、搜索ComputeLossOTA
  • 总结



一、初始的yolov7损失函数

yolov7中box_iou其默认用的是CIoU,其中代码还带有GIoU,DIoU,文件路径:utils/metrics.py,函数名为:bbox_iou
函数顶部,有GIoU,DIoU,CIoU的bool参数可以选择,如果全部为False的时候,其会返回最普通的Iou,如果其中一个为True的时候,即返回设定为True的那个Iou。

def bbox_iou(box1, box2, xywh=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, eps=1e-7):# Returns Intersection over Union (IoU) of box1(1,4) to box2(n,4)# Get the coordinates of bounding boxesif 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 / 2b1_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 = box1b1_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 areainter = (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 Areaunion = w1 * h1 + w2 * h2 - inter + eps# IoUiou = inter / unionif CIoU or DIoU or GIoU:cw = b1_x2.maximum(b2_x2) - b1_x1.minimum(b2_x1)  # convex (smallest enclosing box) widthch = b1_y2.maximum(b2_y2) - b1_y1.minimum(b2_y1)  # convex heightif CIoU or DIoU:  # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1c2 = cw ** 2 + ch ** 2 + eps  # convex diagonal squaredrho2 = ((b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) ** 2 + (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) ** 2) / 4  # center dist ** 2if CIoU:  # https://github.com/Zzh-tju/DIoU-SSD-pytorch/blob/master/utils/box/box_utils.py#L47v = (4 / math.pi ** 2) * (torch.atan(w2 / h2) - torch.atan(w1 / h1)).pow(2)with torch.no_grad():alpha = v / (v - iou + (1 + eps))return iou - (rho2 / c2 + v * alpha)  # CIoUreturn iou - rho2 / c2  # DIoUc_area = cw * ch + eps  # convex areareturn iou - (c_area - union) / c_area  # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdfreturn iou  # IoU

那么重点来了,我们怎么在这个函数里面添加EIoU,SIoU,AlphaIoU,FocalEIoU呢?
我们只需要把上面提及到的这个函数替换成以下,代码出自:github链接.

二、首先在yolov7代码中,找到utils/general.py

第344行,替换


def bbox_iou(box1, box2, x1y1x2y2=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 the IoU of box1 to box2. box1 is 4, box2 is nx4box2 = box2.T# Get the coordinates of bounding boxesif x1y1x2y2:  # x1, y1, x2, y2 = box1b1_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 xyxyb1_x1, b1_x2 = box1[0] - box1[2] / 2, box1[0] + box1[2] / 2b1_y1, b1_y2 = box1[1] - box1[3] / 2, box1[1] + box1[3] / 2b2_x1, b2_x2 = box2[0] - box2[2] / 2, box2[0] + box2[2] / 2b2_y1, b2_y2 = box2[1] - box2[3] / 2, box2[1] + box2[3] / 2# Intersection areainter = (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 Areaw1, h1 = b1_x2 - b1_x1, b1_y2 - b1_y1 + epsw2, h2 = b2_x2 - b2_x1, b2_y2 - b2_y1 + epsunion = w1 * h1 + w2 * h2 - inter + epsif scale:self = WIoU_Scale(1 - (inter / union))# IoU# iou = inter / union # ori iouiou = torch.pow(inter/(union + eps), alpha) # alpha iouif 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) widthch = b1_y2.maximum(b2_y2) - b1_y1.minimum(b2_y1)  # convex heightif CIoU or DIoU or EIoU or SIoU or WIoU:  # Distance or Complete IoU https://arxiv.org/abs/1911.08287v1c2 = (cw ** 2 + ch ** 2) ** alpha + eps  # convex diagonal squaredrho2 = (((b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) ** 2 + (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) ** 2) / 4) ** alpha  # center dist ** 2if CIoU:  # https://github.com/Zzh-tju/DIoU-SSD-pytorch/blob/master/utils/box/box_utils.py#L47v = (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_CIoUelse:return iou - (rho2 / c2 + torch.pow(v * alpha_ciou + eps, alpha))  # CIoUelif EIoU:rho_w2 = ((b2_x2 - b2_x1) - (b1_x2 - b1_x1)) ** 2rho_h2 = ((b2_y2 - b2_y1) - (b1_y2 - b1_y1)) ** 2cw2 = 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_EIouelse:return iou - (rho2 / c2 + rho_w2 / cw2 + rho_h2 / ch2) # EIouelif SIoU:# SIoU Loss https://arxiv.org/pdf/2205.12740.pdfs_cw = (b2_x1 + b2_x2 - b1_x1 - b1_x2) * 0.5 + epss_ch = (b2_y1 + b2_y2 - b1_y1 - b1_y2) * 0.5 + epssigma = torch.pow(s_cw ** 2 + s_ch ** 2, 0.5)sin_alpha_1 = torch.abs(s_cw) / sigmasin_alpha_2 = torch.abs(s_ch) / sigmathreshold = pow(2, 0.5) / 2sin_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) ** 2rho_y = (s_ch / ch) ** 2gamma = angle_cost - 2distance_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_SIouelse:return iou - torch.pow(0.5 * (distance_cost + shape_cost) + eps, alpha) # SIouelif 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/2301.10051else:return iou, torch.exp((rho2 / c2)) # WIoU v1if Focal:return iou - rho2 / c2, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_DIoUelse:return iou - rho2 / c2  # DIoUc_area = cw * ch + eps  # convex areaif 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.pdfelse:return iou - torch.pow((c_area - union) / c_area + eps, alpha)  # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdfif Focal:return iou, torch.pow(inter/(union + eps), gamma)  # Focal_IoUelse:return iou  # IoU

替换完毕,去utils/loss.py

三、搜索ComputeLossOTA

找到606行

注释lbox += (1.0 - iou).mean()  # iou loss

粘贴以下代码

#lbox += (1.0 - iou).mean()  # iou lossif type(iou) is tuple:lbox += (iou[1].detach() * (1 - iou[0])).mean()iou = iou[0]else:lbox += (1.0 - iou).mean()  # iou loss

在这里插入图片描述
换iou只需要修改

 iou = bbox_iou(pbox.T, selected_tbox, x1y1x2y2=False, EIoU=True,gamma=0.5)  # iou(prediction, target)

默认data下面的hyp.scratch.p5.yaml运行,
在这里插入图片描述
如果修改了运行文件需要看

loss_ota: 1 # use ComputeLossOTA, use 0 for faster training

如果是1去ComputeLossOTA,否则就去ComputeLoss里面按上述修改。
在这里插入图片描述

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那么你可以修改为下:

iou = bbox_iou(pbox, tbox[i], EIoU=True, Focal=True) 

最后希望这篇文章可以帮助到大家,当然这部分对于yolov5也是适用的,因为yolov7的架构跟yolov5是比较类似的,大家可以试着修改一下。
参考博文如下:
YOLOV5改进-添加EIoU,SIoU,AlphaIoU,FocalEIoU,Wise-IoU
YOLO系列模型改进指南

总结

Focal_EIoU思想的应用:Focal_EIoU思想可以用于其他IoU的变种。你可以通过将Focal参数设置为True,启用Focal_EIoU思想。在测试中,除了Focal_SIoU可能出现loss为inf的情况外,其他IoU变种均正常。不过,由于不同数据集可能产生不同结果,建议根据具体情况进行测试。参数设置:gamma参数: Focal_EIoU中的gamma参数通常为0.5,你可以根据需要自行更改。alpha参数: AlphaIoU中的alpha参数,默认为1。设置为1时,效果与正常的IoU相同。如果想使用AlphaIoU的特性,可以将alpha设置为3。你可以根据需要选择是否启用AlphaIoU特性。IoU变种选择:你可以选择任意IoU变种,并将相应的参数设置为True以启用该变种。如果设置了alpha为3,并且将除CIoU之外的其他IoU参数设置为False,那就是AlphaIoU。如果同时将CIoU参数设置为True,那就是AlphaCIoU。具体效果取决于数据集和模型,建议自行测试。AlphaIoU与Focal_EIoU的组合使用:理论上,AlphaIoU和Focal_EIoU没有直接冲突。然而,作者没有详细测试过两者同时使用时的效果。如果你有兴趣,可以自行测试AlphaIoU和Focal_EIoU的组合效果。

请确保在实际应用中充分测试和验证这些方法,以确定最适合你的数据集和模型的配置。

这篇关于【yolo系列:YOLOV7改进-添加EIOU,SIOU,AlphaIOU,FocalEIOU.】的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/161420

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