目标检测--IoU，GIoU，DIoU和CIoU三种目标检测loss

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Iou

GIou

DIou

CIou

IoU：使用最广泛的检测框loss。

GIoU：2019年CVPR Generalized Intersection over Union: A Metric and A Loss for Bounding Box Regression

DIoU和CIoU：2020年AAAI Distance-IoU Loss: Faster and Better Learning for Bounding Box Regression
下面我们直接一句话总结一下这四种算法的优缺点：

1. IoU算法是使用最广泛的算法，大部分的检测算法都是使用的这个算法。

2. GIoU考虑到，当检测框和真实框没有出现重叠的时候IoU的loss都是一样的，因此GIoU就加入了C检测框（C检测框是包含了检测框和真实框的最小矩形框），这样就可以解决检测框和真实框没有重叠的问题。但是当检测框和真实框之间出现包含的现象的时候GIoU就和IoU loss是同样的效果了。

3. DIoU考虑到GIoU的缺点，也是增加了C检测框，将真实框和预测框都包含了进来，但是DIoU计算的不是框之间的交并，而是计算的每个检测框之间的欧氏距离，这样就可以解决GIoU包含出现的问题。

4. CIoU就是在DIoU的基础上增加了检测框尺度的loss，增加了长和宽的loss，这样预测框就会更加的符合真实框。

这些只是我看的重点，详细的还需要大家去阅读论文看一下效果。

IOU

IOU可以作为距离，loss=1-IOU。但是当两个物体不相交时无回传梯度。 (缺陷)
IOU对尺度变化具有不变性，即不受两个物体尺度大小的影响。
以A，B两个box重合的情况为例，若boxes1=[[0,0,10,10],[0,0,5,5]],boxes2=[[0,0,10,10],[0,0,5,5]],此时IOU=[1,1]
IOU的缺点：
无法衡量两框是相邻还是甚远
如下图2所示，两种情况下IOU均为0，(a)中两框距离较近，(b)中两框明显距离要远，但是仅从IOU数值上无法判断两者距离较近还是较远（两个物体不相交时无回传梯度）
IOU不能反映两个物体如何重叠（相交方式）。
如下图3所示，两种情况下的IOU均为0.1428，(a)中两框要比(b)中的相交更整齐一些，但是IOU并没有反映出这个特点。

为了解决这个问题,衍生出了GIOU


GIOU是为克服IOU的缺点同时充分利用优点而提出的

1.假设A为预测框，B为真实框，S是所有框的集合
2.不管A与B是否相交，C是包含A与B的最小框(包含A与B的最小凸闭合框)，C也属于S集合
3.首先计算IoU，A与B的交并比
4.再计算C框中没有A与B的面积，比上C框面积；
5.IoU减去前面算出的比；得到GIoU
6.Note：本文提出的例子中A、B均是矩形框，但是也可以为其他的。比如：A、B为椭圆形，那么此时C将是包含A、B的最小椭圆形；或者A、B均是3D box也可。


GIoU最主要的作用：
(1)对于相交的框，IOU可以被反向传播，即它可以直接用作优化的目标函数。但是非相交的，梯度将会为0，无法优化。此时使用GIoU可以完全避免此问题。所以可以作为目标函数
(2)可以分辨框的对齐方式