【目标检测】Focal Loss

Focal Loss用来解决正负样本不平衡问题,并提升训练过程对困难样本的关注。

在一阶段目标检测算法中,以YOLO v3为例,计算置信度损失(图中第3、4项)时有目标的点少,无目标的点多,两者可能相差百倍千倍甚至更多,这就导致无目标的置信度损失会以压倒性的数量优势在数值上淹没有目标的置信度损失。

首先,我们回顾一下第三、四项里 \\cdot 所对应的BCELoss,其公式如下:

其中, p ∈ 0 , 1 p\in0,1 p∈0,1是经sigmoid输出的预测概率, y ∈ { 0 , 1 } y\in\{0,1\} y∈{0,1}是真实标签。简单起见,我们使用 p t p_t pt简化上述损失, p t p_t pt公式如下:

于是,我们得到

在此基础上,Focal Loss引入 α t \alpha_t αt来加权BCELoss以解决正负样本不平衡的问题,公式如下:

其中, α t \alpha_t αt定义如下:

其中, α ∈ 0 , 1 \alpha\in0,1 α∈0,1是自行设定的权重参数。直观来说,当正样本较少时,我们可以设定一个较大的 α \alpha α,例如 0.9 0.9 0.9,这样正样本的损失相比负样本的损失就会更大从而解决正负样本失衡的问题。

⚠️ 事实上,Focal Loss原文中的最佳 α \alpha α是 0.25 0.25 0.25,这说明原文并不是用它来处理正负样本失衡的,更像是一个超参数。

进一步地,Focal Loss还能使得模型在训练过程中更加关注困难样本 。对于正样本来说,我们希望预测概率 p → 1 p\rightarrow 1 p→1,那么 p p p越小说明该样本预测起来就越困难,反之就越简单。对于负样本, p p p越小说明该样本预测起来就越简单,反之就越困难。直观上,我们只需努力矫正困难样本,毕竟简单样本已经预测的不错了,于是Focal Loss引入 ( 1 − p t ) γ (1-p_t)^{\gamma} (1−pt)γ来加权BCELoss以实习对困难样本的关注,公式如下:

其中, γ ≥ 0 \gamma\geq0 γ≥0,从下表可以看出, ( 1 − p t ) γ (1-p_t)^{\gamma} (1−pt)γ使简单样本的损失大大降低,从而使困难样本与简单样本的损失比增大,以使训练过程更加关注困难样本。

y y y γ \gamma γ p p p p t p_t pt C E ( p , y ) CE(p,y) CE(p,y) ( 1 − p t ) γ (1-p_t)^{\gamma} (1−pt)γ F L ( p t ) FL(p_t) FL(pt)
1 2 0.9 0.9 0.11 0.01 0.0011
1 2 0.1 0.1 2.30 0.81 1.863
0 2 0.2 0.8 0.22 0.04 0.0088
0 2 0.8 0.2 1.61 0.64 1.0304

综合 α t \alpha_t αt和 ( 1 − p t ) γ (1-p_t)^{\gamma} (1−pt)γ即为完整的Focal Loss,公式如下:

写成 p p p和 α \alpha α的形式就是:
F L ( p ) = { − α ( 1 − p ) γ log ⁡ ( p ) , i f y = 1 − ( 1 − α ) p γ log ⁡ ( 1 − p ) , o t h e r w i s e FL(p)=\begin{cases}-\alpha(1-p)^{\gamma}\log(p),&if~y=1\\-(1-\alpha)p^{\gamma}\log(1-p), &otherwise\end{cases} FL(p)={−α(1−p)γlog(p),−(1−α)pγlog(1−p),if y=1otherwise

致谢:

本博客仅做记录使用,无任何商业用途,参考内容如下:
3.1 YOLO系列理论合集(YOLOv1~v3)

相关推荐
m4Rk_4 分钟前
【论文阅读】Agent 记忆机制(67):MemPO——用记忆级信用分配训练 Agent 主动管理长程上下文
论文阅读·人工智能·学习·开源·github
Ai思想家10 分钟前
企业AI网关的跨可用区容灾与多活设计
人工智能
Mr数据杨13 分钟前
基于企业交易数据的OKVED行业分类实战解析
人工智能·数据分析·kaggle竞赛
AI推荐率19 分钟前
品牌的核心能力只写在图片里,公开资料该怎样补充文字解释?
人工智能
能源革命23 分钟前
DeepAR(概率自回归模型)介绍
人工智能·数据挖掘·回归
IvorySQL29 分钟前
PostgreSQL 日报|大模型破解在线校验和(9 月 15 日)
数据库·人工智能·postgresql
人工智能AI技术37 分钟前
模型越强越翻车?GPT-6 旧配置踩坑深度避坑指南
人工智能
小酒星小杜37 分钟前
【AI+Gpt-Image2.5】我偷偷把同事做成了虚拟角色,结果被发现了
人工智能·程序员·产品
ElfBoard41 分钟前
作品展示|基于RK3588的复杂空间下自主导航无人机与多传感器 AI 融合环境监测分析
大数据·人工智能·单片机·嵌入式硬件·团队开发
hoaxxcj44 分钟前
DeepSeek Harness 本地部署与第三方插件排障实录:从 fetch failed 到 preset not found
人工智能·windows·开源·ai agent·deepseek