YOLOV4学习系列（三） 结合代码讲解DIOU-NMS

前言

NMS（非最大抑制）是目标检测算法后处理中常用的技术，用来将redundant检测框给过滤掉。YOLOV4没有用经典的NMS，取而代之的是DIOU-NMS。本博客接下来会讲解其原理和代码实现。

原理

在经典的NMS中，得分最高的检测框和其它检测框逐一算出一个对应的IOU值，并将该值超过NMS threshold的框全部过滤掉。可以看出，在经典NMS算法中，IOU是唯一考量的因素。

但是在实际应用场景中，当两个不同物体挨得很近时，由于IOU值比较大，往往经过NMS处理后，只剩下一个检测框，这样导致漏检的错误情况发生。

基于此，DIOU-NMS就不仅仅考虑IOU，还考虑两个框中心点之间的距离。如果两个框之间IOU比较大，但是两个框的距离比较大时，可能会认为这是两个物体的框而不会被过滤掉。 其公式如下：

 这里其实没有列出DIOU是具体如何计算的（后面会结合代码讲解）。公式大体上讲了得分最高的预测框M和其它框Bi的（IOU-DIOU）值比较小时，Bi的得分值Si仍然保持，否则，当（IOU-DIOU）大于NMS threshold值时，Si值就设成0了，即被过滤掉。

代码

我们来结合代码来看下YOLOV4的DIOU-NMS的具体实现。

// https://github.com/Zzh-tju/DIoU-darknet
// https://arxiv.org/abs/1911.08287
void diounms_sort(detection *dets, int total, int classes, float thresh, NMS_KIND nms_kind, float beta1)
{
    int i, j, k;
    k = total - 1;
    for (i = 0; i <= k; ++i) {
        if (dets[i].objectness == 0) {
            detection swap = dets[i];
            dets[i] = dets[k];
            dets[k] = swap;
            --k;
            --i;
        }
    }
    total = k + 1;

    for (k = 0; k < classes; ++k) {
        for (i = 0; i < total; ++i) {
            dets[i].sort_class = k;
        }
        qsort(dets, total, sizeof(detection), nms_comparator_v3);
        for (i = 0; i < total; ++i)
        {
            if (dets[i].prob[k] == 0) continue;
            box a = dets[i].bbox;
            for (j = i + 1; j < total; ++j) {
                box b = dets[j].bbox;
                if (box_iou(a, b) > thresh && nms_kind == CORNERS_NMS)
                {
                    float sum_prob = pow(dets[i].prob[k], 2) + pow(dets[j].prob[k], 2);
                    float alpha_prob = pow(dets[i].prob[k], 2) / sum_prob;
                    float beta_prob = pow(dets[j].prob[k], 2) / sum_prob;
                    dets[j].prob[k] = 0;
                }
                else if (box_iou(a, b) > thresh && nms_kind == GREEDY_NMS) {
                    dets[j].prob[k] = 0;
                }
                else {
                    if (box_diounms(a, b, beta1) > thresh && nms_kind == DIOU_NMS) {
                        dets[j].prob[k] = 0;
                    }
                }
            }

        }
    }
}

上面代码重点在下面这段：

                    if (box_diounms(a, b, beta1) > thresh && nms_kind == DIOU_NMS) {
                        dets[j].prob[k] = 0;

box_diounms（）就是用来计算diou的值，如下所示。

float box_diounms(box a, box b, float beta1)
{
    boxabs ba = box_c(a, b);
    float w = ba.right - ba.left;
    float h = ba.bot - ba.top;
    float c = w * w + h * h;
    float iou = box_iou(a, b);
    if (c == 0) {
        return iou;
    }
    float d = (a.x - b.x) * (a.x - b.x) + (a.y - b.y) * (a.y - b.y);
    float u = pow(d / c, beta1);
    float diou_term = u;
    return iou - diou_term;
}

box_c是a和b框的最小外接框 ，

c是该最小外接框的对角线长的平方；

iou是经典的iou求法，即a、b框的交并比；

d为两框中心点距离的平方；

u值则是d/c的beta1次方。注意算diou值时需要引入一个新的参数beta1。 这个需要在cfg里面yolo层参数中指定，缺省为0.6。 

最终得diou值为 iou-u， 跟上面原理中得公式完全一致。