目标检测算法中的真实框、预测框和锚框

目标检测算法中有几种标识物体位置的框，本文依次介绍：

• 边界框，bounding box，用于标识物体的位置，常用格式有左上右下坐标，即xyxy；中心宽高，即xywh。
• 真实框，Ground truth box, 是人工标注的位置，存放在标注文件中
• 预测框，Prediction box， 是由目标检测模型计算输出的框
• 锚框，Anchor box，根据数据集的对象位置类聚出来，用于预测框计算做参考；基于这个参考，算法生成的预测框仅需要在这个锚框的基础上进行“精修或微调fine-tuning”即可，这样算法可以收敛的更快，检测效果更好。

范例程序和运行结果，如下所示：

# 画图展示如何绘制边界框和锚框
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
from matplotlib.image import imread
import math

# 定义画矩形框的程序    
def draw_rectangle(currentAxis, bbox, edgecolor = 'k', facecolor = 'y', fill=False, linestyle='-'):
    # currentAxis，坐标轴，通过plt.gca()获取
    # bbox，边界框，包含四个数值的list， [x1, y1, x2, y2]
    # edgecolor，边框线条颜色
    # facecolor，填充颜色
    # fill, 是否填充
    # linestype，边框线型
    # patches.Rectangle需要传入左上角坐标、矩形区域的宽度、高度等参数
    rect=patches.Rectangle((bbox[0], bbox[1]), bbox[2]-bbox[0]+1, bbox[3]-bbox[1]+1, linewidth=1,
                           edgecolor=edgecolor,facecolor=facecolor,fill=fill, linestyle=linestyle)
    currentAxis.add_patch(rect)

    
plt.figure(figsize=(10, 10))

filename = 'dog.jpg'
im = imread(filename)
plt.imshow(im)

# 使用xyxy格式表示物体真实框
bbox1 = [196, 71, 308, 280]
bbox2 = [190, 66, 300, 275]
bbox3 = [247.2, 131.62, 480.0, 639.32]

currentAxis=plt.gca()

draw_rectangle(currentAxis, bbox1, edgecolor='g')
draw_rectangle(currentAxis, bbox2, edgecolor='r')

# 绘制锚框
def draw_anchor_box(center, length, scales, ratios, img_height, img_width):
    """
    以center为中心，产生一系列锚框
    其中length指定了一个基准的长度
    scales是包含多种尺寸比例的list
    ratios是包含多种长宽比的list
    img_height和img_width是图片的尺寸，生成的锚框范围不能超出图片尺寸之外
    """
    bboxes = []
    for scale in scales:
        for ratio in ratios:
            h = length*scale*math.sqrt(ratio)
            w = length*scale/math.sqrt(ratio) 
            x1 = max(center[0] - w/2., 0.)
            y1 = max(center[1] - h/2., 0.)
            x2 = min(center[0] + w/2. - 1.0, img_width - 1.0)
            y2 = min(center[1] + h/2. - 1.0, img_height - 1.0)
            print(center[0], center[1], w, h)
            bboxes.append([x1, y1, x2, y2])

    for bbox in bboxes:
        draw_rectangle(currentAxis, bbox, edgecolor = 'b')

img_height = im.shape[0]
img_width = im.shape[1]        
draw_anchor_box([252., 175.5], 100., [2.0], [0.5, 1.0, 2.0], img_height, img_width)
   
plt.show()

真实框、预测框和锚框