2022样本轮换规则(目标检测正负样本分配策略)-2022年)

目标检测正负样本分配策略-2022年

初级调参师

最近，当我学习目标测相关参考技巧时，我计划在正负样本分配策略中添加一些参考技巧tricks，学习时发现大佬写的相当的好，也相当细致，花了很多心血。但由于大佬的文章写于2022年，目前也出现了一些新的正负样本分配策略，一些新的常用的检测网络，例如Transformer做测试，所以打算在大佬工作的基础上做一些补充。

YOLOV4与V3同样的分配策略，这里就不赘述了。

yolov5与yolov3、yolov4最大的区别是v3与v4一个gt只匹配一个正样本，v5一个gt可分配给多个anchor，在三个不同的特征图中也的特征图中的两个甚至三个。

(1)正负样本分配

而yolov5在正负样本分配的函数中build_targets，虽然只有不到40行，但命名中有很多用途t,i,p等等简写字母，其实不容易理解，只能一行一行阅读理解。

我将build_targets2022年样本轮换细则分为以下步骤：

步骤①：2022样本轮换细则

anchors和gt匹配，看什么gt是当前特征图的样本

这里做的就是将军gt与当前特征图的3个anchors比较，如果gt宽与anchor宽的比例、gt高与anchor高比例在1/4到4之间，所以目前gt可与当前特征图相匹配。接下来看代码:2022年样本轮换细则

步骤②：将当前特征图的样本分配给相应的样本grid

先了解原理：

网格代表特征图。虚线代表特征点grid分为四个象限。蓝点代表gt位于中心点。yolov5在中间，将一个特征点分为四个象限，以匹配步骤1gt，会计算该gt(上图中的蓝点)四个象限中的哪一个，相邻的两个特征点也作为样本。以上图为例，如果gt偏向右下角的象限会gt所在grid右下特征点也作为样本。

理解原理后，看代码相对容易:

相比较yolov3和v4一个gt只能匹配一个正样本，v5能够分配更多的正样本，有助于加快训练，平衡正负样本。

而且，所有的特征图都会在每个特征图中使用gt与当前特征图一起anchor计算是否可以分配正样本，这意味着一个gt样本可以分配到多个特征图中。

其他代码主要是做一些转换，标记anchor的id，这里不介绍本文的重点。

（2）regression方式

作者一直在想anchor_t=4这个超参数有什么用？仔细看文章才发现。v5的regression比较方法yolov3和v4变化很大。

yolov5上图显示了根据模型预测结果计算回归值的方法，下图显示了相应的公式。

我在印象中看到了原作者的解释。内容可能是：

①在yolov3中，用的是exp回归，对y=exp(x)，随着x的增大，y是指数级增加，会导致梯度指数级增加。容易导致梯度爆炸，loss增加等问题。所以v5中作者在回归预测中使用sigmoid。

②在推理阶段，对于中心点的预测，由于如下图所示，对于黄色特征点，由于中心点的预测值范围，预测的中心点可以在黄色蓝色区域。此值范围与正样本分配相呼应。

对于黄色特征点，由于中心点的预测值范围，预测的中心点可以在黄色蓝色区域③对于bbox宽高(wh)预测，这个数字4看起来熟悉吗？在样本分配中使用self.hyp['anchor_t']=4，预测值范围与超参数相呼应。

④中心点预测，当x取0时，y=0.5，也就是说，预测点位于特征点网格的中心。对于宽度和高度预测，当x取0时，y=1，也就是说，边框恰到好处anchor完全贴合。设计也很巧妙。

笔者认为，可以根据自己的数据集进行调整anchor_t这个超参数，但最好同时调整regression函数，否则可能会开玩笑。

YOLOX中使用了simOTA对样本进行分配。

（1）simOTA部分

之前详细写过一篇文章介绍simOTA，这里简单介绍一下。simOTA的优势：

①simOTA每一个都可以自动分析gt有多少样本？其余的都是负样本。

②每一个都可以自动决定gt根据当前的网络性能，可以根据当前的网络性能分配合适的样本。与人工设计的分配规则相比，它具有更多的优势。

2.1.1DeFCN

论文名称：End-to-EndObjectDetectionwithFullyConvolutionalNetwork

文章基于FCOS利用全卷积神经网络实现网络E2E（不需要nms）。其head部分网络结构和FCOS同样的两点是作者一步一步分析，最终实现。E2E。

（1）one2one样本分配

在目前以卷积神经网络为主的目标检测网络中，预测每个物体通常首先预测多个目标（one2many），然后使用nms实现多个目标去重（many2one），所以nms阻碍网络实现end2end作者以FCOS作为baseline。顺便提一下FCOS正负样本分配方法：每个输出特征图负责一定范围内物体的检测，在bbox内部作为样本，预测物体lrtb(左右上下距离中心点)。

而作者发现hand-designed正样本one-to-one分配，和FCOSbaseline存在4%左右的AP差距表明手工设计的正负样本分配方法影响one-to-one样本分配的性能需要使用prediction-aware，故提出POTO。

表1POTO意思是设计一个cost，分配每个样本gt拥有最大cost的那个grid。cost综合了是否处于gt内、分类、iou。

作者还提出了上面的链接，POTO性能仍然无法匹敌one-to-many NMS组合。作者认为有两个问题:

one-to-one需要网络输出feature非常sharp，这对CNN提出了更严格的要求(这也是Transformer的优势）；one-to-many它带来了更强的监督和更快的收敛速度。故作者提出3DMaxFiltering和one-to-manyauxiliaryloss缓解上述问题。

POTODeFCN正负样本分配源码(2)3DMaxFiltering

以下是我个人的理解。对于一个gt，在非nmsfree在网络中，将预测特征图中的多个前景，这些前景通常靠近特征图。就我个人而言，作者希望这群人紧挨着grids中，能通过max操作，保留一个grid，抑制其他的grids，这就实现了nmsfree。

个人猜测作者希望通过一个独特的算子来提高一个grid在抑制其他预测结果的同时，预测结果grid，但这种算子在网络训练中并不容易实现。因此，作者选择了最简单的方法maxpool，抑制周边grid。然后通过多个特征图集成3dmaxpool，更有利于实现这一目标。

3DMaxFiltering源码（3）Aux

使用上述两个步骤后，网络性能仍略差FCOSbaseline，作者认为主要是one-to-one的方式监督力不足，所以融合auxloss共同监督。

Auxloss战略也很暴力。在不改变原模型结构的基础上，增加了策略auxloss。classificationloss是使用3DMF和conv计算两个特征图相乘后的特征图。auxloss只计算分类部分，不计算回归部分。auxloss是使用conv后面的特征图计算是与3DMF乘前计算特征图，即conv通过和3DMF相乘后，尽量只保留一个结果。这就是为什么3DMF能够work的原因。

论文中的网络结构图：

2.2.1DETR

使用transformer在目标检测网络中，匈牙利算法用于正负样本匹配已成为标准。

DETR网络结构(1)

经过CNN特征提取，特征图输入transformer网络产生固定数量的网络predictions预测(一般固定为100)。

训练时，固定数量predictions与gt关键问题是如何匹配。

先简单介绍一下匈牙利算法：

在学习匈牙利算法时，一般的例子是男女匹配。

现在Boys和Girls分别是两集，里面的点是男生和女生，说明他们之间有暧昧关系"。最大的匹配问题相当于，如果你是媒人，你可以匹配任何模棱两可的男人和女人，那么你最多能帮助多少对夫妇呢？

而到了DETR问题转化为：n个gt与100个predictions两两两个都有一个cost，左边怎么做？n个gt与右边100个predictions中的n一对一配对，使之cost总和最小。

mmdetection中DETR配置1.2.2其他nmsfree正负样本的分配方法有待补充。找到75491024个原创2022样本轮换规则设计图片，包括2022样本轮换规则图片、材料、海报、证书背景、源文件PSD、PNG、JPG、AI、CDR等格式素材！

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