我们都知道yolov3对训练数据使用了k-means聚类的算法来获得anchor boxes大小,但是具体其计算过程是怎样的呢?下面我们来详细的分析其具体计算过程:
第一步:首先我们要知道我们需要聚类的是bounding box,所以我们无需考虑其所属类别,第一步我们需要将所有的bounding box坐标提取出来,也许一张图有一个矩形框,也许有多个,但是我们需要无区别的将所有图片的所有矩形框提取出来,放在一起。
第二步:数据处理获得所有训练数据bounding boxes的宽高数据。给的训练数据往往是其bounding box的4个坐标,但是我们后续需要聚类分析的是bounding box的宽高大小,所以我们需要将坐标数据转换为框的宽高大小,计算方法很简单:长=右下角横坐标-左上角横坐标、宽=右下角纵坐标-左上角纵坐标。
第三步:初始化k个anchor box,通过在所有的bounding boxes中随机选取k个值作为k个anchor boxes的初始值。
第四步:计算每个bounding box与每个anchor box的iou值。传统的聚类方法是使用欧氏距离来衡量差异,也就是说如果我们运用传统的k-means聚类算法,可以直接聚类bounding box的宽和高,产生k个宽、高组合的anchor boxes,但是作者发现此方法在box尺寸比较大的时候,其误差也更大,所以作者引入了iou值,可以避免这个问题。iou值计算方法:这里参考下图和计算代码:
min_w_matrix = np.minimum(cluster_w_matrix, box_w_matrix) #cluster_w_matrix, box_w_matrix分别代表anchor box和bounding box宽大小 min_h_matrix = np.minimum(cluster_h_matrix, box_h_matrix) #cluster_h_matrix, box_h_matrix分别代表anchor box和bounding box高大小 inter_area = np.multiply(min_w_matrix, min_h_matrix) #inter_area表示重叠面积 IOU = inter_area / (box_area + cluster_area - inter_area)#box_area表示bounding box面积 ;cluster_area表示anchor box面积由于iou值往往越大越好,所以作者定义了一个距离d参数,用来表示其误差:d=1-IOU 第五步:分类操作。经过前一步的计算可以的到每一个bounding box对于每个anchor box的误差d(n,k),我们通过比较每个bounding box其对于每个anchor box的误差大小{d(i,1),d(i,2),…,d(i,k)},选取最小误差的那个anchor box,将这个bounding box分类给它,对于每个bounding box都做这个操作,最后记录下来每个anchor box有哪些bounding box属于它。
第六步:anchor box更新。经过上一步,我们就知道每一个anchor box都有哪些bounding box属于它,然后对于每个anchor box中的那些bounding box,我们再求这些bounding box的宽高中值大小(这里参照github上作者qqwweee那个yolov3项目,也许也有使用平均值进行更新),将其作为该anchor box新的尺寸。
第七步:重复操作第四步到第六步,直到在第五步中发现对于全部bounding box其所属的anchor box类与之前所属的anchor box类完全一样。(这里表示所有bounding box的分类已经不再更新)
第八步:计算anchor boxes精确度。至第七步,其实已经通过k-means算法计算出anchor box。但是细心的同学可能已经发现,k-means.py还给出其精确度大小,其计算方法如下:使用最后得到的anchor boxes与每个bounding box计算其IOU值,对于每个bounding box选取其最高的那个IOU值(代表其属于某一个anchor box类),然后求所有bounding box该IOU值的平均值也即最后的精确度值。