交并比(IOU)的计算方法
创始人
2024-05-31 00:31:58

        交并比(IOU, Intersetion Over Union),意思就是交集和并集的比值,用来评价两个几何图形的面积重合度,在目标检测算法模型中,通常被用来计算预测框与真实框的误差(损失函数)或者在非极大值抑制(NMS)算法中用于过滤多余重叠的目标,亦或者在计算mAP时用于判断目标是否被预测到。这是一个应用非常广泛的算法,这里详细介绍一下它的算法原理,以及代码的实现方式。

图1 交并比示意图

         如图1所示的是两个矩形方框的交并比示意图,中间重合部分就是矩形A和矩形B的交集,那么这两个矩形框的交并比计算公式如下:

IOU=\frac{A\cap B}{A\cup B}

其中,A与B的并集又可以通过以下公式计算:

A\cup B=A+B-A\cap B

定义矩形 A和矩形B的对角坐标分别为[\left ( xmin_{A},ymin_{A} \right ),\left ( xmax_{A},ymax_{A} \right )][\left ( xmin_{B},ymin_{B} \right ),\left ( xmax_{B},ymax_{B} \right )],同时又定义交集矩形的对角坐标为[\left ( xmin_{AB},ymin_{AB} \right ),\left ( xmax_{AB},ymax_{AB} \right )],那么交集矩形对角坐标的计算方法如下:

xmin_{AB}=max(xmin_{A},xmin_{B})

ymin_{AB}=max(ymin_{A},ymin_{B})

xmax_{AB}=min(xmax_{A},xmax_{B})

ymax_{AB}=min(ymax_{A},ymax_{B})

于是,交集和并集的计算如下:

A\cap B=\left ( xmax_{AB}-xmin_{AB} \right )*\left ( ymax_{AB} -ymin_{AB}\right )

W_{A}=xmax_{A}-xmin_{A}

H_{A}=ymax_{A}-ymin_{A}

W_{B}=xmax_{B}-xmin_{B}

H_{B}=xmax_{B}-xmin_{B}

A\cup B=W_{A}*H_{A}+W_{B}*H_{B}-A\cap B

以上公式,是根据两个矩形有交集的情况推导出来的,如果两个矩形没有交集,以上公式如何做出判断呢?如果是这两个矩形不存在交集,那么只要判断A\cap B\leq 0即可,即是说,如果两个矩形无交集,那么交并比为0。以下分别以python和C语言代码实现交并比的计算。

python代码实现如下:

def iou(b1,b2):xmin1,ymin1,xmax1,ymax1=b1xmin2,ymin2,xmax2,ymax2=b2w1=xmax1-xmin1h1=ymax1-ymin1w2=xmax2-xmin2h2=ymax2-ymin2xmin_inter=max(xmin1,xmin2)ymin_inter=max(ymin1,ymin2)xmax_inter=min(xmax1,xmax2)ymax_inter=min(ymax1,ymax2)inter=(xmax_inter-xmin_inter)*(ymax_inter-ymin_inter)union=w1*h1+w2*h2-interif inter<=0:return 0else:return inter/union

C语言代码实现如下:

struct Box
{double xmin;double ymin;double xmax;double ymax;
};double iou(Box b1, Box b2)
{double w1 = b1.xmax - b1.xmin;double h1 = b1.ymax - b1.ymin;double w2 = b2.xmax - b2.xmin;double h2 = b2.ymax - b2.ymin;double xmin_inter,ymin_inter,xmax_inter,ymax_inter;xmin_inter = (b1.xmin > b2.xmin) ? b1.xmin : b2.xmin;ymin_inter = (b1.ymin > b2.ymin) ? b1.ymin : b2.ymin;xmax_inter = (b1.xmax < b2.xmax) ? b1.xmax : b2.xmax;ymax_inter = (b1.ymax < b2.ymax) ? b1.ymax : b2.ymax;double inter=(xmax_inter-xmin_inter)*(ymax_inter-ymin_inter);double un=w1*h1+w2*h2-inter;if(inter<=0)return 0;else return inter/un;
}

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