Пригнічення Немаксимальних (NMS)

Моделі виявлення об'єктів часто прогнозують кілька перекривних обмежувальних рамок для одного й того ж об'єкта. Це відбувається тому, що моделі сканують зображення на різних масштабах і позиціях, що призводить до надлишкових прогнозів. Non-Max Suppression (NMS) — це важливий етап постобробки, який уточнює ці виявлення, обираючи найбільш релевантні обмежувальні рамки та відкидаючи зайві.

Чому виникають кілька перекривних рамок

Детектори об'єктів прогнозують кілька обмежувальних рамок для одного об'єкта через:

• Якірні рамки: деякі моделі, такі як Faster R-CNN та YOLO, використовують заздалегідь визначені якірні рамки різних розмірів, що призводить до кількох виявлень одного й того ж об'єкта;
• Підхід ковзного вікна: деякі методи виявлення сканують зображення невеликими ділянками, що спричиняє повторні виявлення об'єкта в перекривних областях;
• Високі оцінки впевненості: модель призначає кожному прогнозу оцінку впевненості, і схожі прогнози з високою впевненістю можуть значно перекриватися.

Якщо ці надлишкові рамки не відфільтрувати, це може негативно вплинути на ефективність виявлення об'єктів, збільшуючи обчислювальну складність і роблячи підрахунок об'єктів ненадійним.

Як працює Non-Max Suppression

NMS застосовується для видалення дубльованих детекцій, залишаючи найбільш впевнене обмежувальне прямокутне вікно. Алгоритм виконує такі кроки:

• Сортування за оцінкою: впорядкування всіх передбачених обмежувальних прямокутників у порядку спадання їхніх оцінок впевненості;
• Вибір найкращого прямокутника: вибір прямокутника з найвищою оцінкою та додавання його до фінального списку детекцій;
• Обчислення IoU: розрахунок Intersection Over Union (IoU) між вибраним прямокутником та всіма іншими, що залишилися;
• Поріг: придушення (видалення) прямокутників, у яких IoU перевищує заданий поріг (наприклад, 0.5), оскільки вони, ймовірно, представляють той самий об'єкт;
• Повторення: повторення цього процесу для наступного прямокутника з найвищою оцінкою, доки всі прямокутники не будуть оброблені.

import numpy as np

def non_max_suppression(boxes, scores, iou_threshold=0.5):
    # Sort boxes by confidence scores in descending order
    sorted_indices = np.argsort(scores)[::-1]
    selected_boxes = []
    
    while len(sorted_indices) > 0:
        # Pick the highest confidence box
        best_idx = sorted_indices[0]  
        selected_boxes.append(boxes[best_idx])
        
        # Compute IoU with the remaining boxes
        remaining_boxes = boxes[sorted_indices[1:]]
        ious = np.array([compute_iou(boxes[best_idx], box) for box in remaining_boxes])
        
        # Suppress boxes with IoU above threshold
        sorted_indices = sorted_indices[1:][ious < iou_threshold]
    
    return selected_boxes

Soft-NMS: розумніша альтернатива

Стандартний NMS видаляє всі перекривані прямокутники, що перевищують певний поріг IoU, що іноді може призвести до втрати корисних детекцій. Soft-NMS покращує цей підхід, зменшуючи оцінки впевненості перекриваних прямокутників замість їх повного видалення. Такий метод забезпечує більш плавний процес придушення та може підвищити якість детекції в умовах щільного розташування об'єктів.

Основні відмінності між стандартним NMS та Soft-NMS:

• Стандартний NMS: видаляє перекривані прямокутники, що перевищують поріг IoU;
• Soft-NMS: зменшує оцінки впевненості перекриваних прямокутників замість їх видалення, що робить його більш гнучким для виявлення частково перекритих об'єктів.

Балансування точності та швидкості в NMS

Вибір правильного порогу IoU є критичним:

• Вищі пороги (наприклад, 0.6 - 0.7): більш агресивна фільтрація, залишаються лише найбільш впевнені прямокутники, але можливі пропуски коректних детекцій;
• Нижчі пороги (наприклад, 0.3 - 0.4): зберігається більше перекриваних прямокутників, що корисно у переповнених сценах, але може збільшити кількість хибнопозитивних спрацьовувань.

Використання оптимізованих реалізацій, таких як вбудовані функції NMS у TensorFlow або OpenCV, допомагає прискорити обробку для задач реального часу.

Non-Max Suppression — ключова техніка в задачах детекції об'єктів для видалення надлишкових обмежувальних рамок і підвищення точності моделі. Стандартний NMS ефективно усуває дублікати детекцій, тоді як Soft-NMS вдосконалює процес, коригуючи значення впевненості замість повного видалення. Завдяки налаштуванню IoU-порогів можна досягти оптимального балансу між точністю детекції та обчислювальною ефективністю.