实践教程 | 目标检测mAP的计算 & COCO的评价指标

map的计算

首先，要引入三个概念：

1. TP（True positive）: IOU>0.5的检测框个数（注意：每个GT box只能计算一次）
2. FP（False positive）: IOU <= 0.5的检测框的个数（或是检测到同一个GT box的多余检测框的数量）
3. FN（False negative）：没有检测到的GT box的数量

举个例子，上图有两只猫，绿色的框分别代表两个GT box真实框，红色的代表预测框。比较大的红框因为大于0.5的IOU阈值，所以是TP，比较小的红框因为值小于0.5，所以是FP。另外右下角的小猫没有被检测到，属于漏检，也就是FN。

（注意：【图中的0.9和0.3代表类别的置信度，不是IOU】，如果不理解IOU的话，可以移步至《IOU、GIOU、DIOU、CIOU损失函数详解》，有详细描述）

再来介绍两个评价指标：

1.Precision(查准率)：TP/(TP + FP)，代表模型预测的所有目标中，预测正确目标的占比。

如图，一张图有5只猫，但是我们只有一个阈值大于0.5的红框，也就是TP = 1，因为没有其他阈值小于0.5的框，所以FP=0. Pricision = 1 /(1+0) = 1 ，也就是100%查准率。但是能说这个网络的效果很好吗？显然不能，因为其他四只猫都没有被识别出来，因此就引入了查全率。

Recall(查全率): TP/(TP+FN)，代表所有真实目标中，模型预测正确目标的比例。

我们再看这张图：图中有5只猫，但是有很多红色框框出现在图中。首先看TP：5个GT box都有红框正确预测到（虽然IOU>0.5的红框不止一个，但每个GT box只算一次），再看FN：图中没有漏检的物体，所以FP = 0 。Recall = 5/(5+0) = 1 ，也就是100%的查全率，但图中乱七八糟的杂框显然效果不好，简单通过Recall率，来评价检测质量也不合理。

所以，我们又引入了两个指标：

1. AP：precision - Recall 曲线的面积
2. mAP：各类别AP的平均值

举一个例子具体算IOU和mAP：

如上图，有两只猫，每只猫分别有一个绿色的GT box，两个红色的box代表预测框。因为有两个目标，所以设置num_obj = 2。接下来，我们用表格描述图中预测框的信息：表格有两行数据，按照第二列类别置信度（0.98和0.61降序排序），第一列代表属于哪个类别，第三列代表IOU是否大于0.5（注意哦，不是图片里面的0.98和0.61的置信度，这里用的是IOU评价指标，如果你不清楚的话，不妨花点时间看一下《IOU、GIOU、DIOU、CIOU损失函数详解》）。

接下来，我们再输入一张图片，包括一个目标，所以num_obj=2+1 = 3，图中又包含两个红色预测框，我们把它按照类别置信度排序，继续加入表格：

图中两个预测框都属于第三个类别，所以GT ID=3，中间红框的IOU>0.5所以为True，右边的红框IOU小于0.5所以是False。

我们输入第三张图片：图片中包括四个绿色的GT box框（ID分别为4~7)，有三个红色的预测框，其中id为5的猫猫没有对应的预测框。

最左边的红框类别置信度(0.52)最低，加入表格的最后一行。ID为6和7的猫猫对应预测框也分别加入表格中。因为这三个框IOU都大于0.5，所以都设置为True.0.5，

我们从以下几种不同的指标（方法同VOC2010）分别计算Precision和Recall：

1.假设confidence >= 0.9才算正确匹配，观察表格，只有第一行满足匹配条件，因此TP = 1， FP = 0（根据匹配条件，只检测到一个图片，而且是正确的，所以不存在误检），FN=6（7个目标，找出来1个，漏检6个）。Precision = 1 / (1+0) = 1，Recall = 1 /(1 + 6) = 0.14 。

2.假设conficende >= 0.89算是正确匹配，观察表格，前两行满足条件，TP=2， FP=0, FN=5, Precision = 2/(2+0) = 1。Recall = 2 / (2+5) = 0.28。

以此类推，假设confidence >= 0.5是正确匹配，所有的行都满足条件，此时TP = 5， FP = 2，FN = 2（ID为2和5的猫漏检）。Precision = 5/(5+2) = 0.71。Recall = 5 / （5+2） = 0.71。

将上述的步骤计算出的Precision和Recall列成左表所示。对于横坐标Recall而言，需要滤除重复信息，也就是对下图的0.57的Recall有三行，只保留Precision最大的一行，其他两行不计算。

将上图的5个点绘图，图中的阴影部分的面积就是上面说的AP。具体计算如下：AP=(0.14-0)*1 + (0.28-0.14)*1+(0.42-0.28)*1 + (0.57-0.42)*1 +(0.71-0.57)*0.71 = 0.67。所以猫这个类别的AP就是0.67，同样，把所有类别的AP值计算出来，取平均，我们就得到了mAP.

COCO评价指标：

首先看第一部分的AP：

AP代表 IOU从0.5到0.95，间隔0.05计算一次mAP, 取平均mAP即为最终结果。

AP0.5和AP0.75则分别代表IOU为0.5和0.75的mAP值

第二部分 : AP Across Scales：

代表小、中、大三个类别的mAP，将面积小于32^2像素点的归为小目标，面积大于96^2的归为大目标，介于二者之间的为中等目标。计算不同目标的mAP。

第三部分：AR

代表查全率。三组分别代表每张图片限定检测1、10、100个目标能够得到相应的Recall的值。

第四部分：AR Across Scales

代表对应不同尺度的Recall值。

鸣谢：本文内容总结自up主霹雳吧啦Wz
参考视频来源：https://www.bilibili.com/video/BV1yi4y1g7ro

如果觉得有用，就请分享到朋友圈吧！