YOLOv8算法改进【NO.98】改进损失函数为最新提出的Shape-IoU

前言
YOLO算法改进系列出到这，很多朋友问改进如何选择是最佳的，下面我就根据个人多年的写作发文章以及指导发文章的经验来看，按照优先顺序进行排序讲解YOLO算法改进方法的顺序选择。具体有需求的同学可以私信我沟通：

第一，创新主干特征提取网络，将整个Backbone改进为其他的网络，比如这篇文章中的整个方法，直接将Backbone替换掉，理由是这种改进如果有效果，那么改进点就很值得写，不算是堆积木那种，也可以说是一种新的算法，所以做实验的话建议朋友们优先尝试这种改法。

第二，创新特征融合网络，这个同理第一，比如将原yolo算法PANet结构改进为Bifpn等。

第三，改进主干特征提取网络，就是类似加个注意力机制等。根据个人实验情况来说，这种改进有时候很难有较大的检测效果的提升，乱加反而降低了特征提取能力导致mAP下降，需要有技巧的添加。

第四，改进特征融合网络，理由、方法等同上。

第五，改进检测头，更换检测头这种也算个大的改进点。

第六，改进损失函数，nms、框等，要是有提升检测效果的话，算是一个小的改进点，也可以凑字数。

第七，对图像输入做改进，改进数据增强方法等。

第八，剪枝以及蒸馏等，这种用于特定的任务，比如轻量化检测等，但是这种会带来精度的下降。

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一、创新改进思路或解决的问题

改进损失函数为最新的边框位置回归损失函数，达到创新的目的。

二、基本原理

原文链接： [2312.17663] Shape-IoU: More Accurate Metric considering Bounding Box Shape and Scale (arxiv.org)

摘要：边界盒回归损失作为检测器定位分支的重要组成部分，在目标检测任务中起着重要作用。现有的边界框回归方法通常考虑GT框和预测框之间的几何关系，并使用边界框的相对位置和形状来计算损失，而忽略了边界框的形状和比例等固有特性对边界框回归的影响。为了弥补现有研究的不足，本文提出了一种以包围盒本身的形状和尺度为重点的包围盒回归方法。首先，我们分析了边界框的回归特性，发现边界框本身的形状和比例因素会对回归结果产生影响。基于上述结论，我们提出了Shape-IoU方法，该方法可以通过关注边界框本身的形状和比例来计算损失，从而使边界框回归更加准确。最后，我们通过大量的对比实验验证了我们的方法，结果表明我们的方法可以有效地提高检测性能，并优于现有方法，在不同的检测任务中达到最先进的性能。