一、AP指标简介
AP指标(Average Precision)是目标检测中最经典的评估指标之一,用于衡量目标检测器在不同置信度下的准确性。该指标结合了目标检测的准确率和召回率,并计算得出一个综合的得分。
二、目标检测与AP指标
在目标检测任务中,我们需要确定目标的类别和位置。而对于每一个检测框,有可能存在多个可能的类别,所以我们需要一个阈值来进行判定,判断框中是否有目标。
以一张照片中有多个狗的检测为例,图中狗的位置和大小都是难以预测的,而且狗的数量也是不确定的,因此我们需要使用一种能够同时检测出多个目标的算法,并能够度量这个算法检测的准确性。
AP指标就是为了解决以上问题而被创建的指标,能够从多个角度度量目标检测算法的性能。其中,AP的概念可以被描述如下:对于每一个类别,我们可以计算出多个不同置信度的检测框(bounding box),然后以不同的IoU作为阈值来绘制precision-recall曲线。之后,我们计算出该类别下的AP值,最后将所有类别下的AP取平均数作为整个模型的AP值。
三、AP计算过程
AP计算过程可以分为两个步骤:1. 绘制precision-recall(PR)曲线;2. 计算PR曲线下面积,即AP值。 接下来我们将分别进行讲解。
1. 绘制PR曲线
首先,我们需要使用不同的置信度作为阈值,对检测框进行筛选。随着置信度的逐渐升高,最后剩下的框数量会逐渐减少,而正确的框数量也会同步减少。通过使用不同的置信度,我们得到了一组precision-recall数据点,然后可以使用这些数据点来绘制PR曲线,如下图所示:
<img src="PR曲线.png" alt="PR曲线">
该曲线存在凸性,当检测器置信度较高时,这个凸性变得越来越小,当曲线落到x轴时(此时召回率为100%),AP的值也达到最大。
2. 计算AP值
求解AP值就是对1中的PR曲线下面积进行计算的过程。但是由于PR曲线是呈现凹形的,我们需要 对数据进行插值,将其转换为平滑的曲线。通常采用的方法是:以每个rec对应的最大prec值为基准,将这些maximizes precision points和每个正确的检测框的(rec,prec)作为插值点,最后将这些点拟合成一条平滑的曲线计算出PR曲线下面积即可。
四、代码示例
以下是基于Python语言,使用pycocotools计算AP指标的示例代码。
import cocoapi.eval_coco_map as coco_map
# cocoapi输入数据类型为RLE格式,需要将预测结果转换为RLE格式
prediction_RLE = coco_map.encode_mask(prediction)
coco_map.compute_map(eval_mAP, prediction_RLE, ...)
# 计算AP指标,支持多种AP指标的计算
# 'AP': ordinary average precision
# 'AP50': average precision over 50 IoU thresholds
# 'AP75': average precision over 75 IoU thresholds
# 'APs': average precision for small objects (area < 32^2 pixels)
# 'APm': average precision for medium objects (32^2 < area < 96^2 pixels)
# 'APl': average precision for large objects (96^2 < area)
ap_metrics = coco_eval.summarize()
以上代码为COCO数据集的mAP计算代码,其中prediction变量为当前输入的预测结果,eval_mAP参数则为初始化的COCO数据集对象。在此基础上,我们可以进一步根据各自需求对AP指标进行计算。
五、总结
AP指标是目标检测领域中最经典和广泛应用的评测指标之一,其计算过程和方法已经被标准化。对于既有目标检测算法的改进,也为新算法的评测提供了重要的参考指标。同时注意,文中所提到的计算过程和细节不同算法库的实现也会略有不同,可根据具体需求和算法库API进行实现。