边界框回归分支是深度目标跟踪器的关键模块,其性能直接影响跟踪器的精度.评价精度的指标之一是交并比(Intersection over union,IoU).基于IoU的损失函数取代了l_(n)-norm损失成为目前主流的边界框回归损失函数,然而IoU损失函数存在2个...边界框回归分支是深度目标跟踪器的关键模块,其性能直接影响跟踪器的精度.评价精度的指标之一是交并比(Intersection over union,IoU).基于IoU的损失函数取代了l_(n)-norm损失成为目前主流的边界框回归损失函数,然而IoU损失函数存在2个固有缺陷:1)当预测框与真值框不相交时IoU为常量0,无法梯度下降更新边界框的参数;2)在IoU取得最优值时其梯度不存在,边界框很难收敛到IoU最优处.揭示了在回归过程中IoU最优的边界框各参数之间蕴含的定量关系,指出在边界框中心处于特定位置时存在多种尺寸不同的边界框使IoU损失最优的情况,这增加了边界框尺寸回归的不确定性.从优化两个统计分布之间散度的视角看待边界框回归问题,提出了光滑IoU(Smooth-IoU,SIoU)损失,即构造了在全局上光滑(即连续可微)且极值唯一的损失函数,该损失函数自然蕴含边界框各参数之间特定的最优关系,其唯一取极值的边界框可使IoU达到最优.光滑性确保了在全局上梯度存在使得边界框更容易回归到极值处,而极值唯一确保了在全局上可梯度下降更新参数,从而避开了IoU损失的固有缺陷.提出的光滑损失可以很容易取代IoU损失集成到现有的深度目标跟踪器上训练边界框回归,在LaSOT、GOT-10k、TrackingNet、OTB2015和VOT2018测试基准上所取得的结果,验证了光滑IoU损失的易用性和有效性.展开更多
在目标检测领域中,基于交并比(intersection over union, IoU)的系列损失函数存在一定的局限性,使得边界框回归的精度和稳定性有待进一步提升。为此提出了一种基于非线性高斯平方距离的边界框回归损失函数。首先综合考虑了边界框中重叠...在目标检测领域中,基于交并比(intersection over union, IoU)的系列损失函数存在一定的局限性,使得边界框回归的精度和稳定性有待进一步提升。为此提出了一种基于非线性高斯平方距离的边界框回归损失函数。首先综合考虑了边界框中重叠性、中心点距离和长宽比3个因素,将边界框建模为高斯分布;然后提出一种高斯平方距离来衡量概率分布之间的差距;最后设计了符合优化趋势的非线性函数,将高斯平方距离转化为有利于神经网络学习的损失函数。实验结果表明,与IoU损失相比,所提方法在掩膜区域卷积神经网络、一阶全卷积目标检测器和自适应特征选择目标检测器上的平均精度均值分别提高了0.3%、1.1%和2.3%,证明了该方法能有效提升目标检测的性能,同时有利于高精度边界框的回归。展开更多
实时、准确的玻璃缺陷检测至关重要;然而,尺度多变的缺陷形态以及特征微弱的小目标和长宽比例极端的细长目标让这个任务极具挑战性。针对上述需求,提出一种基于改进YOLOv8(You Only Look Once version 8)的小目标与细长目标检测模型YOLO...实时、准确的玻璃缺陷检测至关重要;然而,尺度多变的缺陷形态以及特征微弱的小目标和长宽比例极端的细长目标让这个任务极具挑战性。针对上述需求,提出一种基于改进YOLOv8(You Only Look Once version 8)的小目标与细长目标检测模型YOLO-WANI(WPAN+AMFI+NWD&Inner-CIoU)。首先,设计WPAN(Weighted Path Aggregation Network)减小小目标和细长目标信息在网络传播过程中发生的损失,从而平衡不同尺度信息的重要性;其次,引入基于注意力的多尺度特征交互模块(AMFI),以捕捉深层特征中聚焦对象的语义信息;再次,使用归一化沃瑟斯坦距离(NWD)和Inner-CIoU损失替换原始的CIoU(Complete Intersection over Union)损失,从而提高对小目标和细长目标的检测效率;最后,制作玻璃缺陷检测数据集验证模型性能。实验结果表明,相较于YOLOv8n,YOLO-WANI在玻璃缺陷检测数据集上的mAP50:95提高了1.9个百分点、mAP50提高了4.6个百分点,分别达到了42.6%、81.7%;在NEU-DET(the NorthEastern University surface defect database for defect DETection task)钢材缺陷检测数据集上mAP50:95提高了1.5个百分点、mAP50提高了1.9个百分点,分别达到了40.3%、76.1%。所提模型和各个量级的实时缺陷检测模型相比都有着最高的精度,同时只有4.1×106的参数量和9.9 GFLOPs的计算量,且FPS(Frames Per Second)达到138、单图推理时间为(7.16±0.17) ms,满足轻量化和高精度的需求。展开更多
文摘边界框回归分支是深度目标跟踪器的关键模块,其性能直接影响跟踪器的精度.评价精度的指标之一是交并比(Intersection over union,IoU).基于IoU的损失函数取代了l_(n)-norm损失成为目前主流的边界框回归损失函数,然而IoU损失函数存在2个固有缺陷:1)当预测框与真值框不相交时IoU为常量0,无法梯度下降更新边界框的参数;2)在IoU取得最优值时其梯度不存在,边界框很难收敛到IoU最优处.揭示了在回归过程中IoU最优的边界框各参数之间蕴含的定量关系,指出在边界框中心处于特定位置时存在多种尺寸不同的边界框使IoU损失最优的情况,这增加了边界框尺寸回归的不确定性.从优化两个统计分布之间散度的视角看待边界框回归问题,提出了光滑IoU(Smooth-IoU,SIoU)损失,即构造了在全局上光滑(即连续可微)且极值唯一的损失函数,该损失函数自然蕴含边界框各参数之间特定的最优关系,其唯一取极值的边界框可使IoU达到最优.光滑性确保了在全局上梯度存在使得边界框更容易回归到极值处,而极值唯一确保了在全局上可梯度下降更新参数,从而避开了IoU损失的固有缺陷.提出的光滑损失可以很容易取代IoU损失集成到现有的深度目标跟踪器上训练边界框回归,在LaSOT、GOT-10k、TrackingNet、OTB2015和VOT2018测试基准上所取得的结果,验证了光滑IoU损失的易用性和有效性.
文摘在目标检测领域中,基于交并比(intersection over union, IoU)的系列损失函数存在一定的局限性,使得边界框回归的精度和稳定性有待进一步提升。为此提出了一种基于非线性高斯平方距离的边界框回归损失函数。首先综合考虑了边界框中重叠性、中心点距离和长宽比3个因素,将边界框建模为高斯分布;然后提出一种高斯平方距离来衡量概率分布之间的差距;最后设计了符合优化趋势的非线性函数,将高斯平方距离转化为有利于神经网络学习的损失函数。实验结果表明,与IoU损失相比,所提方法在掩膜区域卷积神经网络、一阶全卷积目标检测器和自适应特征选择目标检测器上的平均精度均值分别提高了0.3%、1.1%和2.3%,证明了该方法能有效提升目标检测的性能,同时有利于高精度边界框的回归。
文摘实时、准确的玻璃缺陷检测至关重要;然而,尺度多变的缺陷形态以及特征微弱的小目标和长宽比例极端的细长目标让这个任务极具挑战性。针对上述需求,提出一种基于改进YOLOv8(You Only Look Once version 8)的小目标与细长目标检测模型YOLO-WANI(WPAN+AMFI+NWD&Inner-CIoU)。首先,设计WPAN(Weighted Path Aggregation Network)减小小目标和细长目标信息在网络传播过程中发生的损失,从而平衡不同尺度信息的重要性;其次,引入基于注意力的多尺度特征交互模块(AMFI),以捕捉深层特征中聚焦对象的语义信息;再次,使用归一化沃瑟斯坦距离(NWD)和Inner-CIoU损失替换原始的CIoU(Complete Intersection over Union)损失,从而提高对小目标和细长目标的检测效率;最后,制作玻璃缺陷检测数据集验证模型性能。实验结果表明,相较于YOLOv8n,YOLO-WANI在玻璃缺陷检测数据集上的mAP50:95提高了1.9个百分点、mAP50提高了4.6个百分点,分别达到了42.6%、81.7%;在NEU-DET(the NorthEastern University surface defect database for defect DETection task)钢材缺陷检测数据集上mAP50:95提高了1.5个百分点、mAP50提高了1.9个百分点,分别达到了40.3%、76.1%。所提模型和各个量级的实时缺陷检测模型相比都有着最高的精度,同时只有4.1×106的参数量和9.9 GFLOPs的计算量,且FPS(Frames Per Second)达到138、单图推理时间为(7.16±0.17) ms,满足轻量化和高精度的需求。
文摘针对安全帽检测算法的快速且精准需求,提出了一种实时安全帽检测算法。首先,针对基于边界框回归损失函数容易出现梯度消失(Gradient Vanish)的问题,本文提出外接圆半径差(Circumcircle Radius Difference,CRD)损失函数;然后,针对复杂多尺度特征融合层制约检测速度的问题,提出了一种轻量化的小目标聚焦型(Focus on Small Object,FSO)特征融合层;最后本文结合YOLO网络、CRD和FSO形成YOLO-CRD-FSO(YCF)检测模型,实现实时安全帽检测。实验结果表明,在Jetson Xavier NX设备上检测分辨率为640×640的视频,YCF的检测速度达到43.4帧/秒,比当前最新锐的YOLO-V5模型的速度快了近2帧/秒,且均值平均精度提升了近1%。说明YCF检测模型综合优化了边界框回归损失函数和特征融合层,获得了良好的安全帽检测效果。
