loss.py
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1.所需的库和模块
2.class VarifocalLoss(nn.Module):
3.class FocalLoss(nn.Module):
4.class DFLoss(nn.Module):
5.class BboxLoss(nn.Module):
6.class RotatedBboxLoss(BboxLoss):
7.class KeypointLoss(nn.Module):
8.class v8DetectionLoss:
9.class v8SegmentationLoss(v8DetectionLoss):
10.class v8PoseLoss(v8DetectionLoss):
11.class v8ClassificationLoss:
12.class v8OBBLoss(v8DetectionLoss):
13.class E2EDetectLoss:
1.所需的库和模块
# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 licenseimport torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as Ffrom ultralytics.utils.metrics import OKS_SIGMA
from ultralytics.utils.ops import crop_mask, xywh2xyxy, xyxy2xywh
from ultralytics.utils.tal import RotatedTaskAlignedAssigner, TaskAlignedAssigner, dist2bbox, dist2rbox, make_anchors
from ultralytics.utils.torch_utils import autocastfrom .metrics import bbox_iou, probiou
from .tal import bbox2dist2.class VarifocalLoss(nn.Module):
# 这段代码定义了一个名为 VarifocalLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。这个类实现了一种称为 Varifocal Loss 的损失函数，这种损失函数通常用于目标检测任务中，特别是在处理类别不平衡问题时。
# 定义了一个名为 VarifocalLoss 的类，它继承自 PyTorch 的 nn.Module ，这是所有神经网络模块的基类。
class VarifocalLoss(nn.Module):"""Varifocal loss by Zhang et al.https://arxiv.org/abs/2008.13367."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。这里只是简单地调用了父类的构造函数 super().__init__() 。def __init__(self):"""Initialize the VarifocalLoss class."""super().__init__()# 装饰器表示 forward 方法是一个静态方法，它不需要类的实例就可以被调用。@staticmethod# 定义了 forward 方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，用于定义前向传播的逻辑。这个方法接受以下参数。# 1.pred_score ：模型预测的分数（logits）。# 2.gt_score ：真实标签的分数（通常是0或1）。# 3.label ：真实标签，指示每个样本是否属于目标类别。# 4.alpha 和 5.gamma ：Varifocal Loss 的两个超参数，分别用于调整正负样本的权重和调整损失函数的难度。def forward(pred_score, gt_score, label, alpha=0.75, gamma=2.0):"""Computes varfocal loss."""# 计算每个样本的权重。这个权重是基于预测分数、真实标签和超参数 alpha 和 gamma 计算的。weight = alpha * pred_score.sigmoid().pow(gamma) * (1 - label) + gt_score * label# 使用 PyTorch 的自动混合精度（AMP）上下文管理器 autocast ，这里设置为 False 以关闭自动混合精度，因为接下来的操作可能不需要它。# def autocast(enabled: bool, device: str = "cuda"):# -> 用于创建一个上下文管理器，以便在 PyTorch 的自动混合精度（AMP）中使用。如果 PyTorch 版本是 1.13 或更高，使用 torch.amp.autocast 并指定设备类型和启用状态。如果 PyTorch 版本低于 1.13，使用 torch.cuda.amp.autocast ，这时不能指定设备类型，只能启用或禁用自动混合精度。# -> return torch.amp.autocast(device, enabled=enabled) / return torch.cuda.amp.autocast(enabled)with autocast(enabled=False):# torch.nn.functional.binary_cross_entropy_with_logits(input, target, weight=None, pos_weight=None, reduction='mean')# F.binary_cross_entropy_with_logits 是 PyTorch 中的一个函数，它计算二元交叉熵损失（Binary Cross Entropy Loss），这个损失函数适用于二分类问题。该函数结合了 Sigmoid 激活函数和二元交叉熵损失计算，使得它在数值上更加稳定，并且减少了计算步骤。# 参数 ：# input ：模型输出的 logits（即未经 Sigmoid 激活的原始输出），形状为 (N, *) ，其中 N 是批次大小， * 表示任意数量的附加维度。# target ：真实标签，形状与 input 相同，值在 [0, 1] 范围内。# weight ：每个样本的权重，可以用来处理不平衡数据集，形状为 (N, *) 。# pos_weight ：正样本的权重，用于处理不平衡数据集中正样本较少的情况，形状为 (1,) 。# reduction ：指定如何应用损失的缩减。可选的值为 'none' 、 'mean' 、 'sum' 。默认为 'mean' ，表示计算所有损失的平均值。# 返回值 ：# 返回一个标量或张量，取决于 reduction 参数的设置。# 特点 ：# 内部 Sigmoid ： F.binary_cross_entropy_with_logits 在计算损失之前，内部自动应用 Sigmoid 函数将 logits 转换为概率值，因此不需要在外部手动应用 Sigmoid。# 数值稳定性 ：由于结合了 Sigmoid 和损失计算，该函数利用了 log-sum-exp 技巧来提高数值稳定性，这在处理极端值时尤为重要。# 这个函数是处理二分类问题时的推荐选择，因为它减少了手动应用 Sigmoid 激活的步骤，并且提供了更好的数值稳定性。# 计算 Varifocal Loss。这里使用了 F.binary_cross_entropy_with_logits 函数来计算二元交叉熵损失，然后乘以之前计算的权重 weight 。 reduction="none" 参数表示不对损失进行任何维度的约简，以便我们可以对每个样本的损失进行加权。# 然后，通过 .mean(1) 在类别维度上求平均，并通过 .sum() 对所有样本的损失求和。loss = ((F.binary_cross_entropy_with_logits(pred_score.float(), gt_score.float(), reduction="none") * weight).mean(1).sum())# 返回计算得到的总损失。return loss# 这个损失函数的目的是减少正样本和负样本之间的不平衡，通过动态调整每个样本的权重来实现。 alpha 和 gamma 参数可以根据具体任务进行调整以优化性能。3.class FocalLoss(nn.Module):
# 这段代码定义了一个名为 FocalLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。这个类实现了 Focal Loss 损失函数，这种损失函数通常用于目标检测和分类任务中，特别是在处理类别不平衡问题时。
# 定义了一个名为 FocalLoss 的类，它继承自 PyTorch 的 nn.Module ，这是所有神经网络模块的基类。
class FocalLoss(nn.Module):# 将焦点损失包裹在现有的loss_fcn（）周围，即标准= FocalLoss（nn.BCEWithLogitsLoss（），gamma = 1.5）。"""Wraps focal loss around existing loss_fcn(), i.e. criteria = FocalLoss(nn.BCEWithLogitsLoss(), gamma=1.5)."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。这里只是简单地调用了父类的构造函数 super().__init__() 。def __init__(self):# 没有参数的 FocalLoss 类的初始化程序。"""Initializer for FocalLoss class with no parameters."""super().__init__()# 装饰器表示 forward 方法是一个静态方法，它不需要类的实例就可以被调用。@staticmethod# 定义了 forward 方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，用于定义前向传播的逻辑。这个方法接受以下参数。# 1.pred ：模型预测的分数（logits）。# 2.label ：真实标签，指示每个样本是否属于目标类别。# 3.gamma ：Focal Loss 的一个超参数，用于调整损失函数的难度。# 4.alpha ：Focal Loss 的另一个超参数，用于平衡正负样本的权重。def forward(pred, label, gamma=1.5, alpha=0.25):# 计算并更新对象检测/分类任务的混淆矩阵。"""Calculates and updates confusion matrix for object detection/classification tasks."""# 使用 PyTorch 的 F.binary_cross_entropy_with_logits 函数来计算二元交叉熵损失， reduction="none" 参数表示不对损失进行任何维度的约简，以便我们可以对每个样本的损失进行加权。loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(pred, label, reduction="none")# p_t = torch.exp(-loss)# loss *= self.alpha * (1.000001 - p_t) ** self.gamma # non-zero power for gradient stability# TF implementation https://github.com/tensorflow/addons/blob/v0.7.1/tensorflow_addons/losses/focal_loss.py# 将预测的 logits 转换为概率值。pred_prob = pred.sigmoid() # prob from logits# 计算每个样本的预测概率与真实标签的组合。p_t = label * pred_prob + (1 - label) * (1 - pred_prob)# 计算调节因子，这个因子用于调整损失函数的难度， gamma 参数越大，对难以分类的样本（即预测概率接近0.5的样本）的惩罚越大。modulating_factor = (1.0 - p_t) ** gamma# 将计算出的调节因子应用于损失。loss *= modulating_factor# 如果 alpha 参数大于0，则计算 alpha 因子，用于平衡正负样本的权重。if alpha > 0:# 计算 alpha 因子。alpha_factor = label * alpha + (1 - label) * (1 - alpha)# 将 alpha 因子应用于损失。loss *= alpha_factor# 最后，通过对损失求平均和求和来得到最终的损失值。return loss.mean(1).sum()
# 这个损失函数的目的是减少正样本和负样本之间的不平衡，通过动态调整每个样本的权重来实现。 gamma 和 alpha 参数可以根据具体任务进行调整以优化性能。4.class DFLoss(nn.Module):
# 这段代码定义了一个名为 DFLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。
# 这个类实现了一种称为 Distribution Focal Loss (DFL) 的损失函数，这种损失函数是在论文 "Generalized Focal Loss: Towards Efficient Representation Learning for Dense Object Detection" 中提出的。DFL 是 Focal Loss 的一个变体，用于优化目标检测任务中的定位问题。
# 定义了一个名为 DFLoss 的类，它继承自 PyTorch 的 nn.Module ，这是所有神经网络模块的基类。
class DFLoss(nn.Module):# 用于计算训练期间 DFL 损失的标准类。"""Criterion class for computing DFL losses during training."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。它接受一个参数。# 1.reg_max ：表示回归的最大值，默认为16。def __init__(self, reg_max=16) -> None:# 初始化DFL模块。"""Initialize the DFL module."""# 调用父类的构造函数。super().__init__()# 将传入的 reg_max 参数存储为类的属性。self.reg_max = reg_max# 定义了类的调用方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，允许类的实例像函数一样被调用。这个方法接受以下参数。# 1.pred_dist ：模型预测的分布。# 2.target ：真实目标值。def __call__(self, pred_dist, target):# 返回左、右 DFL 损失之和。"""Return sum of left and right DFL losses.Distribution Focal Loss (DFL) proposed in Generalized Focal Losshttps://ieeexplore.ieee.org/document/9792391"""# 将目标值限制在 [0, reg_max - 1 - 0.01] 范围内， clamp_ 方法会就地修改 target 。target = target.clamp_(0, self.reg_max - 1 - 0.01)# 将目标值转换为整数，表示目标的左边界。tl = target.long() # target left# 计算目标的右边界。tr = tl + 1 # target right# 计算左边界的权重。wl = tr - target # weight left# 计算右边界的权重。wr = 1 - wl # weight right# torch.nn.functional.cross_entropy(input, target, weight=None, size_average=None, ignore_index=-100, reduce=None, reduction='mean')# F.cross_entropy 是 PyTorch 中的一个函数，用于计算交叉熵损失。这个函数结合了 softmax 操作和交叉熵损失计算，通常用于多分类问题。# 参数说明 ：# input ：形状为 (N, C) 的张量，其中 N 为 batch size， C 为类别数。这个参数对应于神经网络最后一个全连接层输出的未经 softmax 处理的结果（即 logits）。# target ：形状为 (N,) 的张量，其值是 0 <= targets[i] <= C-1 的元素，其中 C 是类别数。这个参数包含一组给定的真实标签（ground truth）。# weight （可选） ：采用类别平衡的加权方式计算损失值。可以传入一个大小为 (C,) 的张量，其中 weight[j] 是类别 j 的权重。默认为 None 。# size_average （已弃用） ：可以忽略。该参数已经被 reduce 参数取代。# ignore_index ：指定被忽略的目标值的索引。如果目标值等于该索引，则不计算该样本的损失。默认值为 -100 ，即不忽略任何目标值。# reduce （已弃用） ：指定返回的损失值的方式。可以是 "none" （不返回损失值）、 "mean" （返回样本损失值的平均值）和 "sum" （返回样本损失值的总和）。默认值为 "mean" 。# reduction ：与 reduce 参数等价。表示返回的损失值的方式。默认值为 "mean" 。# 计算过程 ：# Softmax 操作 ：F.cross_entropy 函数首先对 input 进行 softmax 操作，以确保每行的元素和为 1，并将其视为概率分布。# 交叉熵损失计算 ：根据 softmax 后的概率和真实标签 target ，计算每个样本的交叉熵损失。# 权重应用 ：如果提供了 weight 参数，会将每个类别的损失乘以其对应的权重。# 损失聚合 ：根据 reduction 参数的设置，对所有样本的损失进行求和、求平均或不进行聚合。# 这个函数是 PyTorch 中实现多分类交叉熵损失的标准方式，它简化了从 logits 到损失值的计算过程。# F.cross_entropy(pred_dist, tl.view(-1), reduction="none").view(tl.shape) * wl ：计算左边界的交叉熵损失，并乘以左边界的权重。# + F.cross_entropy(pred_dist, tr.view(-1), reduction="none").view(tl.shape) * wr ：计算右边界的交叉熵损失，并乘以右边界的权重。# ).mean(-1, keepdim=True) ：对计算出的损失在最后一个维度上求平均， keepdim=True 保持输出的维度。# 返回计算得到的损失。return (F.cross_entropy(pred_dist, tl.view(-1), reduction="none").view(tl.shape) * wl+ F.cross_entropy(pred_dist, tr.view(-1), reduction="none").view(tl.shape) * wr).mean(-1, keepdim=True)
# 这个损失函数的目的是优化目标检测中的定位问题，通过考虑目标的真实边界并为每个边界分配权重来实现。这种方法可以更好地处理目标的定位问题，特别是在目标的大小和形状变化较大时。
5.class BboxLoss(nn.Module):
# 这段代码定义了一个名为 BboxLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。这个类用于计算目标检测任务中的训练损失，包括 IoU 损失和 Distribution Focal Loss (DFL)。
# 定义了一个名为 BboxLoss 的类，它继承自 PyTorch 的 nn.Module 。
class BboxLoss(nn.Module):# 训练期间计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses during training."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。它接受一个参数。# 1.reg_max ：表示回归的最大值，默认为16。def __init__(self, reg_max=16):# 使用正则化最大值和 DFL 设置初始化 BboxLoss 模块。"""Initialize the BboxLoss module with regularization maximum and DFL settings."""# 调用父类的构造函数。super().__init__()# 初始化 DFLoss 实例，如果 reg_max 大于1，则创建 DFLoss 实例，否则设置为 None 。self.dfl_loss = DFLoss(reg_max) if reg_max > 1 else None# 定义了 forward 方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，用于定义前向传播的逻辑。这个方法接受以下参数。# 1.pred_dist ：模型预测的分布。# 2.pred_bboxes ：模型预测的边界框。# 3.anchor_points ：锚点。# 4.target_bboxes ：真实目标的边界框。# 5.target_scores ：真实目标的得分。# 6.target_scores_sum ：真实目标得分的总和。# 7.fg_mask ：前景掩码，用于区分前景和背景。def forward(self, pred_dist, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask):"""IoU loss."""# 计算权重，这是前景目标得分的总和。weight = target_scores.sum(-1)[fg_mask].unsqueeze(-1)# 计算预测边界框和真实边界框之间的 IoU（交并比），使用 CIoU 算法。# def bbox_iou(box1, box2, xywh=True, GIoU=False, DIoU=False, CIoU=False, eps=1e-7):# -> 用于计算两个边界框（bounding boxes）之间的交并比（IoU），以及扩展的交并比变种，包括广义交并比（Generalized IoU, GIoU）、距离交并比（Distance IoU, DIoU）和完备交并比（Complete IoU, CIoU）。函数根据输入参数计算并返回 IoU、GIoU、DIoU 或 CIoU 的值。# -> return iou - (rho2 / c2 + v * alpha) # CIoU / return iou - rho2 / c2 # DIoU / return iou - (c_area - union) / c_area # GIoU https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf / return iou # IoUiou = bbox_iou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask], xywh=False, CIoU=True)# 计算 IoU 损失，即 1 减去 IoU 值，乘以权重，然后求和并除以目标得分的总和。loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum# DFL loss# 如果 self.dfl_loss 不为 None ，则计算 DFL 损失。if self.dfl_loss:# 将真实边界框转换为距离形式。# def bbox2dist(anchor_points, bbox, reg_max):# -> 用于将边界框从 xyxy 格式（左上角和右下角的坐标）转换为 ltrb 格式（左、上、右、下的边界距离）。函数返回一个形状为 (b, h*w, 4) 的张量，表示每个锚点的边界距离，即 ltrb 格式的距离。# -> return torch.cat((anchor_points - x1y1, x2y2 - anchor_points), -1).clamp_(0, reg_max - 0.01) # dist (lt, rb)target_ltrb = bbox2dist(anchor_points, target_bboxes, self.dfl_loss.reg_max - 1)# 计算 DFL 损失。# pred_dist[fg_mask] ：这是一个张量，包含预测的分布，但只包括由 fg_mask 指定的前景样本。 fg_mask 是一个布尔掩码，用于区分前景和背景样本。# .view(-1, self.dfl_loss.reg_max) ：这个操作将预测分布张量重新塑形为一个二维张量，其中第一个维度是样本数，第二个维度是每个样本的分布长度，等于 self.dfl_loss.reg_max 。loss_dfl = self.dfl_loss(pred_dist[fg_mask].view(-1, self.dfl_loss.reg_max), target_ltrb[fg_mask]) * weight# 将 DFL 损失求和并除以目标得分的总和。loss_dfl = loss_dfl.sum() / target_scores_sum# 如果 self.dfl_loss 为 None ，则设置 loss_dfl 为0。else:loss_dfl = torch.tensor(0.0).to(pred_dist.device)# 返回 IoU 损失和 DFL 损失。return loss_iou, loss_dfl
# 这个损失函数类结合了 IoU 损失和 DFL 损失，用于优化目标检测任务中的 定位 和 分布 预测。通过计算预测边界框和真实边界框之间的 IoU 损失，以及预测分布和真实分布之间的 DFL 损失，可以提高目标检测模型的性能。6.class RotatedBboxLoss(BboxLoss):
# 这段代码定义了一个名为 RotatedBboxLoss 的 PyTorch 损失函数类，它是 BboxLoss 类的子类。这个类用于计算旋转目标检测任务中的训练损失，包括 IoU 损失和 Distribution Focal Loss (DFL)。
# 定义了一个名为 RotatedBboxLoss 的类，它继承自 BboxLoss 类。
class RotatedBboxLoss(BboxLoss):# 训练期间计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses during training."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。它接受一个参数。# 1.reg_max ：表示回归的最大值。def __init__(self, reg_max):# 使用正则化最大值和 DFL 设置初始化 BboxLoss 模块。"""Initialize the BboxLoss module with regularization maximum and DFL settings."""# 调用父类 BboxLoss 的构造函数，并传递 reg_max 参数。super().__init__(reg_max)# 定义了 forward 方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，用于定义前向传播的逻辑。这个方法接受以下参数。# 1.pred_dist ：模型预测的分布。# 2.pred_bboxes ：模型预测的边界框。# 3.anchor_points ：锚点。# 4.target_bboxes ：真实目标的边界框。# 5.target_scores ：真实目标的得分。# 6.target_scores_sum ：真实目标得分的总和。# 7.fg_mask ：前景掩码，用于区分前景和背景。def forward(self, pred_dist, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask):"""IoU loss."""# 计算权重，这是 前景目标得分 的总和。weight = target_scores.sum(-1)[fg_mask].unsqueeze(-1)# 计算预测边界框和真实边界框之间的 IoU（交并比），这里使用的是 probiou 函数，它是一种专门用于旋转边界框的 IoU 计算方法。# def probiou(obb1, obb2, CIoU=False, eps=1e-7): -> 用于计算两个旋转边界框（obb1 和 obb2）之间的交并比（IoU）。如果 CIoU 为 False ，则返回计算得到的 IoU 值。 如果 CIoU 为 True ，则返回计算得到的 CIoU 值。 -> return iou - v * alpha # CIoU / return iouiou = probiou(pred_bboxes[fg_mask], target_bboxes[fg_mask])# 计算 IoU 损失，即 1 减去 IoU 值，乘以权重，然后求和并除以目标得分的总和。loss_iou = ((1.0 - iou) * weight).sum() / target_scores_sum# DFL loss# 如果 self.dfl_loss 不为 None ，则计算 DFL 损失。if self.dfl_loss:# 将真实边界框从中心点和宽度高度表示转换为左、上、右、下坐标表示。# def bbox2dist(anchor_points, bbox, reg_max):# -> 用于将边界框从 xyxy 格式（左上角和右下角的坐标）转换为 ltrb 格式（左、上、右、下的边界距离）。函数返回一个形状为 (b, h*w, 4) 的张量，表示每个锚点的边界距离，即 ltrb 格式的距离。# -> return torch.cat((anchor_points - x1y1, x2y2 - anchor_points), -1).clamp_(0, reg_max - 0.01) # dist (lt, rb)target_ltrb = bbox2dist(anchor_points, xywh2xyxy(target_bboxes[..., :4]), self.dfl_loss.reg_max - 1)# 计算 DFL 损失。loss_dfl = self.dfl_loss(pred_dist[fg_mask].view(-1, self.dfl_loss.reg_max), target_ltrb[fg_mask]) * weight# 将 DFL 损失求和并除以目标得分的总和。loss_dfl = loss_dfl.sum() / target_scores_sum# 如果 self.dfl_loss 为 None ，则设置 loss_dfl 为0。else:loss_dfl = torch.tensor(0.0).to(pred_dist.device)# 返回 IoU 损失和 DFL 损失。return loss_iou, loss_dfl
# 这个损失函数类结合了 IoU 损失和 DFL 损失，用于优化旋转目标检测任务中的定位和分布预测。通过计算预测边界框和真实边界框之间的 IoU 损失，以及预测分布和真实分布之间的 DFL 损失，可以提高旋转目标检测模型的性能。7.class KeypointLoss(nn.Module):
# 这段代码定义了一个名为 KeypointLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。这个类用于计算关键点检测任务中的训练损失，具体来说，它计算预测的关键点与实际关键点之间的欧几里得距离损失，并根据关键点的可见性进行加权。
# 定义了一个名为 KeypointLoss 的类，它继承自 PyTorch 的 nn.Module 。
class KeypointLoss(nn.Module):# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。它接受一个参数。# 1.sigmas ：这是一个用于控制损失计算的平滑参数。def __init__(self, sigmas) -> None:# 初始化KeypointLoss类。"""Initialize the KeypointLoss class."""# 调用父类的构造函数。super().__init__()# 将传入的 sigmas 参数存储为类的属性。self.sigmas = sigmas# 定义了 forward 方法，这是 PyTorch 模块的一个特殊方法，用于定义前向传播的逻辑。这个方法接受以下参数。# 1.pred_kpts ：模型预测的关键点坐标。# 2.gt_kpts ：实际的关键点坐标（ground truth）。# 3.kpt_mask ：关键点的可见性掩码，用于指示哪些关键点是可见的。# 4.area ：关键点所在的区域面积。def forward(self, pred_kpts, gt_kpts, kpt_mask, area):# 计算预测和实际关键点的关键点损失因子和欧几里得距离损失。"""Calculates keypoint loss factor and Euclidean distance loss for predicted and actual keypoints."""# 计算预测关键点和实际关键点之间的平方欧几里得距离。d = (pred_kpts[..., 0] - gt_kpts[..., 0]).pow(2) + (pred_kpts[..., 1] - gt_kpts[..., 1]).pow(2)# 计算每个样本的关键点损失因子，这是可见关键点数量的倒数，用于平衡损失。kpt_loss_factor = kpt_mask.shape[1] / (torch.sum(kpt_mask != 0, dim=1) + 1e-9)# e = d / (2 * (area * self.sigmas) ** 2 + 1e-9) # from formula# 根据 COCO 评估标准，计算关键点损失的指数部分。这里 self.sigmas 是平滑参数， area 是关键点所在的区域面积。e = d / ((2 * self.sigmas).pow(2) * (area + 1e-9) * 2) # from cocoeval# 计算最终的关键点损失，这是通过对每个关键点的损失进行加权求和并取平均值得到的。 1 - torch.exp(-e) 是损失的指数部分， kpt_mask 用于过滤不可见的关键点。return (kpt_loss_factor.view(-1, 1) * ((1 - torch.exp(-e)) * kpt_mask)).mean()
# 这个损失函数类结合了关键点的欧几里得距离损失和关键点的可见性，用于优化关键点检测模型的性能。通过计算预测关键点和实际关键点之间的距离，并根据关键点的可见性进行加权，可以提高关键点检测的准确性。8.class v8DetectionLoss:
# 这段代码定义了一个名为 v8DetectionLoss 的类，它用于计算目标检测任务中的训练损失。
# 定义了一个名为 v8DetectionLoss 的类。
class v8DetectionLoss:# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 是类的构造函数，用于初始化类的实例。它接受以下参数。# 1.model ：一个去并行化的目标检测模型实例。# 2.tal_topk ：一个整数，表示任务对齐分配器（TaskAlignedAssigner）中使用的 top-k 值，默认为10。def __init__(self, model, tal_topk=10): # model must be de-paralleled# 使用模型初始化 v8DetectionLoss，定义与模型相关的属性和 BCE 损失函数。"""Initializes v8DetectionLoss with the model, defining model-related properties and BCE loss function."""# 获取模型参数所在的设备（例如 CPU 或 GPU）。device = next(model.parameters()).device # get model device# 获取模型的超参数。h = model.args # hyperparameters# 获取模型的最后一层，通常是 Detect() 模块。m = model.model[-1] # Detect() module# nn.BCEWithLogitsLoss(weight=None, reduction='mean', pos_weight=None)# nn.BCEWithLogitsLoss 是 PyTorch 中的一个损失函数类，它结合了 Sigmoid 激活函数和 Binary Cross-Entropy (BCE) 损失函数，被广泛用于二分类问题中。# 参数 ：# weight (Tensor, optional) : 每个样本的权重，用于处理样本不平衡的情况。默认为 None 。# reduction (str, optional) : 指定应用于输出的归约方式，可以是 'none' 、 'mean' 或 'sum' 。默认为 'mean' 。# 'none' : 不进行归约，返回每个样本的损失。# 'mean' : 返回所有样本损失的平均值。# 'sum' : 返回所有样本损失的总和。# pos_weight (Tensor, optional) : 正类的权重，用于处理样本不平衡，特别是当正样本数量远小于负样本时。默认为 None 。# 计算过程 ：# 1. Sigmoid Activation: 对输入的 logits 进行 sigmoid 激活，使其变为 [0, 1] 之间的概率值。# 2. Binary Cross Entropy: 使用二元交叉熵损失公式计算损失。# 3. 归约操作: 根据 reduction 参数对损失值进行平均或求和操作。# 优点 ：# 数值稳定性 : 由于在内部使用了 Sigmoid 函数，可以避免直接计算 log(1 - p) 时的数值稳定性问题。# 梯度计算 : 能够自动计算 Sigmoid 函数的梯度，减轻了开发者的负担。# 联合优化 : 因为 Sigmoid 函数是包含在损失函数内部的，所以可以与其他层一起进行端到端的联合优化。# 应用场景 ：# 样本不平衡处理 : 通过 weight 和 pos_weight 参数来设置每个类别的权重，从而缓解样本不平衡的问题。# 多标签分类 : nn.BCEWithLogitsLoss 也可以用于多标签分类问题，只需要把 targets 设置为多个 0/1 值的 tensor 即可。# 联合优化 : 由于内部已经包含了 Sigmoid 激活函数，可以直接把模型的输出层连接到这个损失函数上，进行端到端的联合优化。# nn.BCEWithLogitsLoss 是 PyTorch 中一种非常实用的二分类损失函数，它结合了 Sigmoid 激活和二元交叉熵损失，在数值稳定性和梯度计算方面都有所改进，是深度学习实践中的首选之一。# 初始化二元交叉熵损失函数，用于分类损失的计算，且不自动应用任何约简（即不自动求和或求平均）。self.bce = nn.BCEWithLogitsLoss(reduction="none")# 保存模型的超参数。self.hyp = h# 保存模型的步幅。self.stride = m.stride # model strides# 保存模型的类别数。self.nc = m.nc # number of classes# 在目标检测模型中， m.reg_max 通常表示模型 用于边界框回归的最大值参数 。这个参数定义了回归目标的范围，即模型预测的边界框坐标相对于某个参考点（如锚点或特征图的单元格中心）的最大偏移量。具体来说， reg_max 可以用于以下几个方面 ：# 定义回归目标的范围 ：# 在边界框回归任务中，模型需要预测边界框的坐标（例如，左上角和右下角的坐标或中心点坐标以及宽度和高度）。 reg_max 定义了这些坐标值的最大可能值，确保模型的预测不会超出图像的范围。# 归一化和反归一化 ：# 在训练和推理过程中，边界框坐标可能会被归一化到 [0, reg_max] 的范围内，以保持数值的稳定性和一致性。在推理时，这些归一化的坐标值需要被反归一化回原始图像空间。# 损失函数的计算 ：# 在使用某些损失函数（如 Distribution Focal Loss）时， reg_max 可能会影响损失的计算方式，因为它决定了回归目标的分布和范围。# 锚点策略 ：# 在某些目标检测模型中， reg_max 可能与锚点策略相关联，用于确定锚点的尺寸和比例。# 在不同的模型和框架中， reg_max 的具体含义和使用方式可能有所不同，但总体上，它是一个与边界框回归任务密切相关的超参数。# 计算模型输出的总通道数，包括 类别数 和 边界框回归参数 。self.no = m.nc + m.reg_max * 4# 保存模型的回归最大值。self.reg_max = m.reg_max# 保存模型参数所在的设备。self.device = device# 判断是否使用 Distribution Focal Loss (DFL)。self.use_dfl = m.reg_max > 1# 初始化任务对齐分配器，用于目标分配。# class TaskAlignedAssigner(nn.Module):# -> TaskAlignedAssigner 的类，它是一个 PyTorch 神经网络模块（继承自 nn.Module ）。这个类用于目标检测任务中的锚点分配（anchor assignment）的，它根据一些超参数来初始化。# -> def __init__(self, topk=13, num_classes=80, alpha=1.0, beta=6.0, eps=1e-9):# -> def forward(self, pd_scores, pd_bboxes, anc_points, gt_labels, gt_bboxes, mask_gt):# -> 它是一个在目标检测任务中用于分配 锚点 （anchor assignment）和 计算目标 （ground truth）与 预测 之间的匹配度的方法。返回 目标标签 、 边界框 、 得分 、 前景掩码 和 目标索引 。# -> return target_labels, target_bboxes, target_scores, fg_mask.bool(), target_gt_idxself.assigner = TaskAlignedAssigner(topk=tal_topk, num_classes=self.nc, alpha=0.5, beta=6.0)# 初始化边界框损失函数，并将其移动到模型参数所在的设备。# class BboxLoss(nn.Module):# -> 这个类用于计算目标检测任务中的训练损失，包括 IoU 损失和 Distribution Focal Loss (DFL)。# -> def __init__(self, reg_max=16):# -> def forward(self, pred_dist, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask):# -> 返回 IoU 损失和 DFL 损失。# -> return loss_iou, loss_dflself.bbox_loss = BboxLoss(m.reg_max).to(device)# 创建一个从0到 reg_max-1 的浮点数张量，并将其移动到模型参数所在的设备。self.proj = torch.arange(m.reg_max, dtype=torch.float, device=device)# 这个类的主要作用是封装了目标检测中所需的各种损失函数和分配器，以便在训练过程中计算分类损失、边界框回归损失等。通过这种方式， v8DetectionLoss 类提供了一个统一的接口来处理不同的损失计算，使得模型训练过程更加模块化和易于管理。# 这段代码定义了一个名为 preprocess 的方法，它用于预处理目标检测任务中的目标（targets），以匹配输入批次大小（batch size），并输出一个张量。# 定义了 preprocess 方法，它接受以下参数。# 1.self ：类的实例。# 2.targets ：一个包含目标信息的张量，通常包含每个目标的类别标签和边界框坐标。# 3.batch_size ：当前批次的大小。# 4.scale_tensor ：用于缩放边界框坐标的张量。def preprocess(self, targets, batch_size, scale_tensor):# 预处理目标计数并与输入批量大小匹配以输出张量。"""Preprocesses the target counts and matches with the input batch size to output a tensor."""# 获取 targets 张量的形状，其中 nl 是目标的数量， ne 是每个目标的特征数量。nl, ne = targets.shape# 如果 targets 张量中没有目标（即 nl 为0），则创建一个形状为 (batch_size, 0, ne - 1) 的零张量作为输出。if nl == 0:out = torch.zeros(batch_size, 0, ne - 1, device=self.device)# 如果 targets 张量中有目标，执行以下步骤。else:# 获取 targets 张量的第一列，通常包含图像索引（image index）。i = targets[:, 0] # image index# 找出图像索引的唯一值及其计数。# return_counts ：布尔值，如果为 True ，则返回每个唯一元素在原始数组中的计数。_, counts = i.unique(return_counts=True)# 将计数转换为整数类型。counts = counts.to(dtype=torch.int32)# 创建一个形状为 (batch_size, counts.max(), ne - 1) 的零张量，用于存储预处理后的目标信息。out = torch.zeros(batch_size, counts.max(), ne - 1, device=self.device)# 遍历每个批次中的图像。for j in range(batch_size):# 创建一个布尔掩码，用于匹配当前批次索引 j 的目标。matches = i == j# 计算匹配的目标数量。n = matches.sum()# 如果有匹配的目标，执行以下步骤。if n:# 将匹配的目标信息复制到输出张量 out 的相应位置。out[j, :n] = targets[matches, 1:]# torch.Tensor.mul(input, other)# 参数 ：# input ：要进行乘法操作的张量。# other ：另一个张量，可以是标量或与 input 形状相同的张量。# 描述 ：# 如果 other 是一个标量，则 input 中的每个元素都会乘以这个标量。 如果 other 是一个张量，那么 input 和 other 必须具有相同的形状，或者 other 可以是广播（broadcast）到 input 形状的张量。在这种情况下， input 和 other 会逐元素相乘。# 返回值 ：# 返回修改后的 input 张量。# 将输出张量 out 中的边界框坐标从 xywh 格式（中心点坐标和宽高）转换为 xyxy 格式（左上角和右下角坐标），并应用缩放。out[..., 1:5] = xywh2xyxy(out[..., 1:5].mul_(scale_tensor))# 返回预处理后的目标张量。return out# 这个方法的主要作用是将目标检测任务中的目标信息与输入批次大小匹配，并进行必要的格式转换和缩放，以便用于模型的训练。# 这段代码定义了一个名为 bbox_decode 的方法，它用于从锚点（anchor points）和预测的分布（pred_dist）中解码出目标物体的边界框坐标。# 定义了 bbox_decode 方法，它接受以下参数。# 1.self ：类的实例。# 2.anchor_points ：用于目标检测的锚点坐标。# 3.pred_dist ：模型预测的分布，通常表示为边界框坐标的偏移量。def bbox_decode(self, anchor_points, pred_dist):# 从 锚点 和 分布解码 预测的对象边界框坐标。"""Decode predicted object bounding box coordinates from anchor points and distribution."""# 如果类实例的 use_dfl 属性为 True ，表示使用 Distribution Focal Loss（DFL），则执行以下步骤。if self.use_dfl:# 获取 pred_dist 张量的形状，其中 b 是批次大小， a 是锚点数量， c 是通道数。b, a, c = pred_dist.shape # batch, anchors, channels# torch.matmul(input, other, *, out=None) -> Tensor# torch.matmul 是 PyTorch 中的一个函数，用于计算两个张量的矩阵乘法。这个函数支持多种类型的矩阵乘法，包括标准的矩阵乘法、批量矩阵乘法（batch matrix multiplication）以及与分配律结合的矩阵乘法。# 参数 ：# input ：第一个输入张量，可以是一个向量、矩阵或更高维度的张量。# other ：第二个输入张量，形状必须与 input 兼容以进行矩阵乘法。# out ：（可选）输出张量。如果提供，结果将被写入此张量中。# 返回值 ：# 返回一个新的张量，它是 input 和 other 的矩阵乘法结果。# 形状要求 ：# 如果 input 是一个 n x m 矩阵， other 是一个 m x p 矩阵，那么结果将是一个 n x p 矩阵。# 如果 input 是一个 (b, n, m) 张量， other 是一个 (b, m, p) 张量，那么结果将是一个 (b, n, p) 张量，这是一个批量矩阵乘法。# torch.matmul 是 PyTorch 中实现矩阵乘法的推荐方式，因为它支持自动求导，并且可以利用 PyTorch 的并行计算能力。它在内部优化了计算，使得在 GPU 上运行时更加高效。# 在目标检测中， self.proj 通常是一个预先定义的张量，它用于将预测的分布转换为边界框坐标。这个过程通常涉及到将预测的边界框坐标从一个分布空间映射回原始的坐标空间。以下是 self.proj 如何工作的详细解释 ：# 分布空间 ：# 在某些目标检测模型中，边界框的坐标（例如，左上角和右下角的坐标或中心点坐标和宽高）不是直接预测的，而是预测一个分布。这个分布可以是类别分布，其中每个类别对应一个特定的边界框坐标偏移，或者是连续分布，如高斯分布。# 预测分布的表示 ：# 预测的分布通常是一个向量，其中每个元素对应一个可能的坐标偏移。例如，如果模型预测边界框的中心点坐标和宽高，那么分布可能包含四个元素，每个元素对应一个坐标轴上的偏移。# 使用 self.proj 转换 ：# self.proj 是一个张量，其长度等于分布空间的维度。它包含了将分布映射回坐标空间的权重或索引。在 torch.matmul 函数中使用时， self.proj 与预测分布的向量进行矩阵乘法，以计算最终的边界框坐标。# Softmax 操作 ：# 在使用 self.proj 之前，预测分布通常需要通过 softmax 函数进行归一化，使得分布的元素之和为1。这确保了分布可以被解释为概率分布。# 矩阵乘法 ：# 预测分布的向量与 self.proj 进行矩阵乘法，得到边界框的坐标。这个操作实际上是一个加权求和，其中每个预测偏移的权重由 self.proj 中的对应元素确定。# 坐标的计算 ：# 矩阵乘法的结果是一个向量，其中包含了边界框的最终坐标。这些坐标可以是绝对坐标，也可以是相对于锚点的偏移量。# 以下是一个简化的例子，说明如何使用 self.proj 将预测的分布转换为边界框坐标 ：# import torch# # 假设 pred_dist 是预测的分布，形状为 [batch_size, anchors, channels]# pred_dist = torch.randn(1, 10, 4) # 示例数据# # self.proj 是一个张量，包含了将分布映射回坐标空间的权重或索引# # 假设 reg_max = 10，所以 self.proj 的长度为 10# self_proj = torch.arange(10).float().view(10, 1) # 示例数据# # 将 pred_dist 重塑并应用 softmax# pred_dist_softmax = pred_dist.view(-1, 4).softmax(dim=-1)# # 将 softmax 后的结果与 self.proj 进行矩阵乘法# bbox_coords = torch.matmul(pred_dist_softmax, self_proj)# # bbox_coords 现在包含了边界框的坐标# 在这个例子中， self.proj 被用来将预测的分布转换为边界框的坐标。实际应用中， self.proj 的具体形式和使用方式可能会根据模型的设计和预测分布的性质而有所不同。# 对 pred_dist 进行重塑和 softmax 操作，然后与 self.proj 进行矩阵乘法。这里 self.proj 是一个从0到 reg_max-1 的浮点数张量，用于将预测的分布转换为边界框坐标。 softmax(3) 表示在最后一个维度（即分布的类别维度）上应用softmax函数。pred_dist = pred_dist.view(b, a, 4, c // 4).softmax(3).matmul(self.proj.type(pred_dist.dtype))# pred_dist = pred_dist.view(b, a, c // 4, 4).transpose(2,3).softmax(3).matmul(self.proj.type(pred_dist.dtype))# pred_dist = (pred_dist.view(b, a, c // 4, 4).softmax(2) * self.proj.type(pred_dist.dtype).view(1, 1, -1, 1)).sum(2)# 使用 dist2bbox 函数将预测的分布 pred_dist 和锚点 anchor_points 转换为边界框坐标。 xywh=False 参数表示输出的边界框坐标格式不是 xywh （中心点坐标和宽高），而是其他格式（ xyxy ）。# def dist2bbox(distance, anchor_points, xywh=True, dim=-1):# -> 它用于将距离（通常是左上角和右下角的偏移量）转换为边界框的坐标。这个函数可以输出两种格式的边界框：中心点加宽高（xywh）格式或者左上角和右下角（xyxy）格式。# -> return torch.cat((c_xy, wh), dim) # xywh bbox / return torch.cat((x1y1, x2y2), dim) # xyxy bboxreturn dist2bbox(pred_dist, anchor_points, xywh=False)# 这个方法的主要作用是将模型 预测的分布 转换为 实际的边界框坐标 ，这是目标检测任务中的关键步骤。通过这种方式，模型的输出可以被解释为图像中目标物体的位置。# 这段代码定义了一个名为 __call__ 的方法，它是 v8DetectionLoss 类的调用方法，用于计算目标检测任务中的损失，包括 边界框损失 （ box loss ）、 分类损失 （ cls loss ）和 分布焦点损失 （ dfl loss ） 。# 定义了 __call__ 方法，它接受以下参数。# 1.self ：类的实例。# 2.preds ：模型的预测结果。# 3.batch ：包含真实标签信息的批次数据。def __call__(self, preds, batch):# 计算 box、cls 和 dfl 的损失总和乘以批量大小。"""Calculate the sum of the loss for box, cls and dfl multiplied by batch size."""# 初始化一个包含三个元素的张量，用于存储 box、cls 和 dfl 损失。loss = torch.zeros(3, device=self.device) # box, cls, dfl# 根据 preds 的类型，提取出特征张量。feats = preds[1] if isinstance(preds, tuple) else preds# 这段代码是目标检测模型损失计算过程中的一部分，它涉及预测分布和预测得分的处理。# 将预测的特征张量连接并分割成 预测分布 和 预测得分 。# 连接和分割预测特征。# torch.cat([xi.view(feats[0].shape[0], self.no, -1) for xi in feats], 2) ：这一步将所有特征张量 feats 中的元素连接起来。# 每个 xi 被重塑为形状 (batch_size, self.no, -1) ，其中 self.no 是模型输出的总通道数（包括类别和边界框回归参数）。连接操作沿着第三个维度（索引为2）进行。# .split((self.reg_max * 4, self.nc), 1) ：连接后的张量被分割成两个部分，第一个部分包含边界框回归参数（ self.reg_max * 4 通道），第二个部分包含类别得分（ self.nc 通道）。 self.reg_max 是回归参数的最大值， self.nc 是类别数。pred_distri, pred_scores = torch.cat([xi.view(feats[0].shape[0], self.no, -1) for xi in feats], 2).split((self.reg_max * 4, self.nc), 1)# 调整预测得分和预测分布的维度，并确保内存连续。# 调整预测得分和预测分布的维度。# 预测得分 张量的维度被调整为 (batch_size, num_anchors, self.nc) ，其中 num_anchors 是锚点的数量。 permute 方法用于重新排列张量的维度， contiguous 确保张量在内存中是连续的。pred_scores = pred_scores.permute(0, 2, 1).contiguous()# 类似地，预测分布张量的维度也被调整为 (batch_size, num_anchors, self.reg_max * 4) 。 num_anchors = self.reg_max * 4pred_distri = pred_distri.permute(0, 2, 1).contiguous()# 获取预测得分的数据类型。dtype = pred_scores.dtype# 获取批次大小。batch_size = pred_scores.shape[0]# torch.tensor(data, dtype=None, device=None, requires_grad=False)# torch.tensor() 是 PyTorch 中的一个函数，用于创建一个新的张量（Tensor）。这个函数接受一个数据集合（如列表、元组或NumPy数组）作为输入，并返回一个与之对应的PyTorch张量。# 参数说明 ：# data : 输入数据，可以是列表、元组、NumPy数组等。# dtype : 张量的数据类型。如果未指定，PyTorch将根据输入数据自动推断数据类型。# device : 张量所在的设备。可以是CPU或GPU。如果未指定，默认使用CPU。# requires_grad : 一个布尔值，指示是否需要计算梯度。默认为 False ，即不需要计算梯度。# 返回值 ：# 返回一个PyTorch张量，其数据类型和设备由输入参数决定。# 计算图像尺寸。计算图像的尺寸（高度和宽度），并将其乘以步幅 self.stride[0] 。 feats[0].shape[2:] 提取特征张量的空间维度。imgsz = torch.tensor(feats[0].shape[2:], device=self.device, dtype=dtype) * self.stride[0] # image size (h,w)# 生成锚点和步幅张量。调用 make_anchors 函数生成锚点和步幅张量。锚点用于边界框回归，步幅张量用于调整预测边界框的尺寸。# def make_anchors(feats, strides, grid_cell_offset=0.5): -> 它用于从特征图生成锚点（anchors）。锚点是在目标检测中用于预测目标位置的参考框。将所有特征图的 锚点 和 步长张量 分别在第一个维度上拼接起来，并返回结果。 -> return torch.cat(anchor_points), torch.cat(stride_tensor)anchor_points, stride_tensor = make_anchors(feats, self.stride, 0.5)# 这段代码的主要作用是准备目标检测模型损失计算所需的预测得分和预测分布，以及相关的锚点和图像尺寸信息。通过这些步骤，可以确保模型的输出被正确地处理和格式化，以便用于损失计算。# 这段代码是目标检测模型损失计算过程中的一部分，它涉及真实标签信息的处理。# Targets# 将批次数据中的标签信息连接成目标张量。# 连接批次数据。# batch["batch_idx"].view(-1, 1) ：提取批次数据中的图像索引，并将其重塑为列向量。 batch["cls"].view(-1, 1) ：提取批次数据中的类别标签，并将其重塑为列向量。 batch["bboxes"] ：提取批次数据中的真实边界框坐标。# torch.cat(..., 1) ：将上述三个张量沿着第二个维度（索引为1）连接起来，形成一个包含 图像索引 、 类别标签 和 边界框坐标 的目标张量。targets = torch.cat((batch["batch_idx"].view(-1, 1), batch["cls"].view(-1, 1), batch["bboxes"]), 1)# 预处理目标张量。# targets.to(self.device) ：将目标张量移动到模型参数所在的设备（例如 CPU 或 GPU）。# self.preprocess(targets, batch_size, scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]]) ：调用 preprocess 方法对目标张量进行预处理，以匹配输入批次大小，并根据图像尺寸对边界框坐标进行缩放。 imgsz[[1, 0, 1, 0]] 提取图像的宽度和高度，并将其作为缩放张量。# def preprocess(self, targets, batch_size, scale_tensor): -> 它用于预处理目标检测任务中的目标（targets），以匹配输入批次大小（batch size），并输出一个张量。返回预处理后的目标张量。 -> return outtargets = self.preprocess(targets.to(self.device), batch_size, scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]])# 将目标张量分割成真实标签和真实边界框。# 分割目标张量。将预处理后的目标张量分割成两个部分，第一个部分包含 类别标签 （1个通道） ，第二个部分包含 边界框坐标 （4个通道） 。 split((1, 4), 2) 指定在第三个维度（索引为2）上进行分割。gt_labels, gt_bboxes = targets.split((1, 4), 2) # cls, xyxy# 创建一个掩码，用于标记非零边界框。# 创建边界框掩码。计算边界框坐标的总和，并创建一个掩码，用于标记非零边界框。 sum(2, keepdim=True) 在第三个维度上对边界框坐标求和，并保持维度。 gt_(0.0) 将求和结果与0进行比较，生成一个布尔掩码。mask_gt = gt_bboxes.sum(2, keepdim=True).gt_(0.0)# 这段代码的主要作用是处理和准备目标检测模型损失计算所需的真实标签信息，包括类别标签和边界框坐标。通过这些步骤，可以确保真实标签信息被正确地处理和格式化，以便用于损失计算。# 这段代码是目标检测模型损失计算过程中的一部分，它涉及预测边界框的解码、目标分配以及分类损失的计算。# Pboxes# 使用预测分布和锚点解码出预测边界框。# 解码预测边界框。调用 bbox_decode 方法将 锚点 和 预测分布 转换为 预测边界框坐标 。这里假设输出的边界框格式为 xyxy ，即左上角和右下角的坐标。# def bbox_decode(self, anchor_points, pred_dist):# -> 它用于从锚点（anchor points）和预测的分布（pred_dist）中解码出目标物体的边界框坐标。使用 dist2bbox 函数将预测的分布 pred_dist 和锚点 anchor_points 转换为边界框坐标。# -> return dist2bbox(pred_dist, anchor_points, xywh=False)pred_bboxes = self.bbox_decode(anchor_points, pred_distri) # xyxy, (b, h*w, 4)# 使用任务对齐分配器分配目标。# 目标分配。# self.assigner ：这是一个目标分配器，它负责为每个预测边界框分配真实标签。# pred_scores.detach().sigmoid() ：预测得分从计算图中分离（ detach ）并应用 sigmoid 激活函数，将其转换为概率。# (pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype) ：预测边界框从计算图中分离并乘以步幅张量，然后转换为 目标边界框 的数据类型。# anchor_points * stride_tensor ：锚点乘以步幅张量。# gt_labels, gt_bboxes, mask_gt ：分别是 真实标签 、 真实边界框 和 边界框掩码 。# _, target_bboxes, target_scores, fg_mask, _ = self.assigner(...) ：目标分配器返回五个值，分别是 ：# _ ：忽略的值，可能是分配的索引或其他信息。# target_bboxes ：分配给预测边界框的真实边界框。# target_scores ：分配给预测边界框的真实标签得分。# fg_mask ：前景掩码，指示哪些预测边界框有对应的真实目标。# _ ：忽略的值，可能是其他信息。_, target_bboxes, target_scores, fg_mask, _ = self.assigner(pred_scores.detach().sigmoid(),(pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype),anchor_points * stride_tensor,gt_labels,gt_bboxes,mask_gt,)# 计算目标得分的总和。计算所有目标得分的总和，并确保至少为1，以避免除以零的情况。target_scores_sum = max(target_scores.sum(), 1)# Cls loss# loss[1] = self.varifocal_loss(pred_scores, target_scores, target_labels) / target_scores_sum # VFL way# 计算分类损失。使用二元交叉熵损失函数（BCE）计算分类损失。 pred_scores 是模型预测的分类得分， target_scores 是分配给预测的真实标签得分。损失通过 target_scores_sum 进行归一化。loss[1] = self.bce(pred_scores, target_scores.to(dtype)).sum() / target_scores_sum # BCE# 这段代码的主要作用是将 模型的预测 与 真实标签 进行比较，并计算 分类损失 。通过这种方式，模型可以学习区分不同类别的目标。分类损失是目标检测模型性能的关键部分，因为它直接影响模型识别目标类别的能力。# 这段代码继续处理目标检测模型中的损失计算，专注于边界框损失（bbox loss）的计算，并应用损失增益（loss gain）。# Bbox loss# 如果存在前景目标，计算边界框损失和分布焦点损失。# 条件检查。检查前景掩码 fg_mask 中非零元素的总和。如果存在前景目标（即至少有一个目标），则执行以下步骤。if fg_mask.sum():# 调整目标边界框。计算边界框损失和分布焦点损失。将目标边界框坐标除以步幅张量 stride_tensor ，以将它们从 图像空间 转换回 特征空间 。target_bboxes /= stride_tensor# 计算边界框损失和分布焦点损失。调用 bbox_loss 方法计算边界框损失和分布焦点损失（DFL）。这个方法接受以下参数 ：# pred_distri ：预测的分布。 pred_bboxes ：预测的边界框。 anchor_points ：锚点。 target_bboxes ：调整后的目标边界框。 target_scores ：目标得分。 target_scores_sum ：目标得分的总和。 fg_mask ：前景掩码。# loss[0] 存储边界框损失， loss[2] 存储分布焦点损失。loss[0], loss[2] = self.bbox_loss(pred_distri, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask)# 分别对损失应用增益。# 将边界框损失乘以超参数 self.hyp.box ，这是一个损失增益，用于平衡不同损失之间的贡献。loss[0] *= self.hyp.box # box gain# 将分类损失乘以超参数 self.hyp.cls 。loss[1] *= self.hyp.cls # cls gain# 将分布焦点损失乘以超参数 self.hyp.dfl 。loss[2] *= self.hyp.dfl # dfl gain# 在深度学习模型的训练过程中，损失函数的计算是一个关键步骤。总损失乘以批次大小（ batch_size ）是一种常见的做法，原因如下 ：# 缩放损失 ：# 当使用小批量梯度下降时，每个批次的损失通常比较小。将总损失乘以批次大小可以缩放损失，使其在数值上与使用整个数据集计算损失时相当。这有助于保持损失值的一致性，无论批次大小如何。# 保持梯度大小一致 ：# 在反向传播过程中，损失函数相对于模型参数的梯度被计算出来。如果损失没有缩放，使用较小的批次大小可能会导致梯度较小，从而影响模型的学习速率。通过将总损失乘以批次大小，可以确保梯度的大小与使用整个数据集时相似，从而保持模型训练的稳定性。# 计算整个批次的平均损失 ：# 将总损失乘以批次大小后，再除以批次大小，可以得到整个批次的平均损失。这是训练过程中常用的一种损失度量方式，因为它提供了一个关于模型在整个批次上性能的代表性指标。# 计算后的结果表示 整个批次的平均损失 。这个值是在反向传播过程中用于更新模型参数的关键指标。通过最小化这个平均损失，模型可以学习到更好的特征表示和预测。# 总结来说，将总损失乘以批次大小是一种缩放损失的常用方法，它有助于保持梯度的一致性，确保模型训练的稳定性，并提供整个批次的平均损失度量。# 返回总损失和损失的副本。计算总损失（ loss.sum() ），将其乘以批次大小 batch_size ，然后返回总损失和损失的副本（ loss.detach() ）。 loss.detach() 创建损失张量的副本，使得在后续计算中不会对原始损失张量的梯度产生影响。return loss.sum() * batch_size, loss.detach() # loss(box, cls, dfl)# 这段代码的主要作用是计算目标检测模型中的 边界框损失 和 分布焦点损失 ，并将其与 分类损失 结合起来，形成总损失。通过这种方式，模型可以学习准确地预测边界框的位置和类别。 损失增益 用于调整不同损失之间的相对重要性，以优化模型的训练过程。# 这个方法的主要作用是计算目标检测任务中的总损失，包括边界框损失、分类损失和分布焦点损失，并将它们乘以批次大小以获得最终的损失值。通过这种方式， v8DetectionLoss 类提供了一个统一的接口来处理不同的损失计算，使得模型训练过程更加模块化和易于管理。9.class v8SegmentationLoss(v8DetectionLoss):
# 这段代码是Python中的一个类定义，它继承自 v8DetectionLoss 类，并定义了一个名为 v8SegmentationLoss 的新类。这个类是用于计算训练损失的，特别是在图像分割任务中。
# 这行代码定义了一个名为 v8SegmentationLoss 的新类，它继承自 v8DetectionLoss 类。这意味着 v8SegmentationLoss 会继承 v8DetectionLoss 的所有属性和方法。
class v8SegmentationLoss(v8DetectionLoss):# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 这是 v8SegmentationLoss 类的构造函数，它接受两个参数。# 1.self ：指向类的实例。# 2.model ：一个模型实例。def __init__(self, model): # model must be de-paralleled# 初始化 v8SegmentationLoss 类，以去并行模型作为参数。"""Initializes the v8SegmentationLoss class, taking a de-paralleled model as argument."""# 这行代码调用父类 v8DetectionLoss 的构造函数，并传递 model 参数。这是Python中继承机制的一部分，确保父类的初始化代码被执行。super().__init__(model)# 这行代码从传入的 model 参数中获取 overlap_mask 属性，并将其赋值给 self.overlap 。这意味着 v8SegmentationLoss 类的实例将有一个名为 overlap 的属性，它保存了模型的 overlap_mask 值。self.overlap = model.args.overlap_mask# 整体来看，这段代码定义了一个用于图像分割任务的损失函数类，它从模型中获取重叠掩码（overlap mask）的设置，并可能在计算损失时使用这个设置。这个类可能是一个深度学习框架的一部分，用于训练分割模型。# 这段代码是一个Python类的 __call__ 方法的实现，它用于计算YOLO模型的损失。这个方法是损失函数类的一个核心部分，它接收模型的预测结果 preds 和一批数据 batch ，然后计算并返回损失。# 1.preds ：YOLO模型的预测结果。# 2.batch ：和一批数据。def __call__(self, preds, batch):# 计算并返回YOLO模型的损失。"""Calculate and return the loss for the YOLO model."""# 初始化一个包含4个元素的零张量 loss ，用于存储不同类型的损失值。这四个元素分别对应于 框损失 （ box loss ） 、 类别损失 （ class loss ）、 对象检测损失 （ detection loss ）和 分割损失 （ segmentation loss ）。loss = torch.zeros(4, device=self.device) # box, cls, dfl# 这行代码检查 preds 的长度。如果 preds 包含三个元素（ 特征图 feats 、 预测掩码 pred_masks 和 原型 proto ），则直接解包这三个元素。如果 preds 不包含三个元素，则取 preds 的第二个元素，这通常意味着 preds 只包含 特征图 和 预测掩码 。feats, pred_masks, proto = preds if len(preds) == 3 else preds[1]# 从 proto 张量中提取 批量大小 （ batch_size ）、 掩码高度 （ mask_h ）和 掩码宽度 （ mask_w ）。batch_size, _, mask_h, mask_w = proto.shape # batch size, number of masks, mask height, mask width# 这段代码执行以下操作 ：# 遍历 feats 中的每个特征图 xi ，将其重塑为 [batch_size, self.no, -1] 的形状，其中 self.no 是输出层的数量。# 使用 torch.cat 将所有重塑后的特征图沿第二个维度（维度索引为2）拼接起来。# 使用 split 方法将拼接后的特征图分割成两个部分： 预测分布 （ pred_distri ） 和 预测分数 （ pred_scores ）。 self.reg_max * 4 是分割点，用于将预测分布与预测分数分开； self.nc 是类别数量，用于确定预测分数的维度。# 这里的 pred_distri 代表预测的边界框分布，而 pred_scores 代表每个边界框的置信度分数和类别概率。pred_distri, pred_scores = torch.cat([xi.view(feats[0].shape[0], self.no, -1) for xi in feats], 2).split((self.reg_max * 4, self.nc), 1)# 这段代码是损失计算的准备阶段，它设置了损失张量的初始化，并从模型的预测结果中提取和处理了必要的信息。接下来的步骤将使用这些信息来计算具体的损失值。# 这段代码继续处理YOLO模型的预测结果，并对预测分数、预测分布和预测掩码进行变换和处理，以准备后续的损失计算。# B, grids, ..# 对预测分数 pred_scores 进行置换操作，将维度从 [batch_size, num_classes, grid_size] 变为 [batch_size, grid_size, num_classes] 。# 这是因为在YOLO模型中，通常需要将 类别分数 与 网格单元格 对齐，以便与网格中的每个单元格相关联。 .contiguous() 方法用于确保张量在内存中是连续存储的，这在进行某些操作（如视图变换）之前是必要的。pred_scores = pred_scores.permute(0, 2, 1).contiguous()# 对预测分布 pred_distri 进行类似的置换操作，以确保其维度与网格单元格对齐。pred_distri = pred_distri.permute(0, 2, 1).contiguous()# 对预测掩码 pred_masks 进行置换操作，以确保其维度与网格单元格对齐。pred_masks = pred_masks.permute(0, 2, 1).contiguous()# 获取预测分数 pred_scores 的数据类型，并将其存储在 dtype 变量中，以便后续使用。dtype = pred_scores.dtype# 计算图像的尺寸。首先，从 feats[0] 中提取特征图的高度和宽度，然后乘以第一个步长 self.stride[0] ，得到 实际的图像尺寸 （ 高度 和 宽度 ）。这个尺寸将用于后续的损失计算，特别是在将预测的边界框坐标从归一化坐标转换为实际像素坐标时。imgsz = torch.tensor(feats[0].shape[2:], device=self.device, dtype=dtype) * self.stride[0] # image size (h,w)# 调用 make_anchors 函数生成锚点和步长张量。 make_anchors 函数通常接受特征图、步长和缩放因子作为输入，并返回每个网格单元格的锚点坐标和步长张量。这些锚点用于定义每个网格单元格中边界框的默认位置和尺寸，而步长张量则用于调整这些锚点的位置。# def make_anchors(feats, strides, grid_cell_offset=0.5): -> 它用于从特征图生成锚点（anchors）。锚点是在目标检测中用于预测目标位置的参考框。将所有特征图的 锚点 和 步长张量 分别在第一个维度上拼接起来，并返回结果。 -> return torch.cat(anchor_points), torch.cat(stride_tensor)anchor_points, stride_tensor = make_anchors(feats, self.stride, 0.5)# 这段代码的目的是将模型的 预测结果 转换为适合损失计算的形式，并准备好所有必要的参数，如图像尺寸和锚点。这些步骤对于后续计算边界框损失、类别损失和分割损失至关重要。# 这段代码是 __call__ 方法中的一部分，它负责处理目标（即真实标签）的提取和预处理，以及在处理过程中捕获和处理可能发生的错误。# Targets# 开始一个尝试块，用于捕获可能发生的运行时错误。try:# 从 batch 字典中提取 batch_idx ，它代表批次索引，然后将其重塑为列向量。batch_idx = batch["batch_idx"].view(-1, 1)# 将 批次索引 、 类别标签 和 边界框信息 沿着第1个维度（列）拼接起来，形成目标张量 targets 。targets = torch.cat((batch_idx, batch["cls"].view(-1, 1), batch["bboxes"]), 1)# 将目标张量 targets 传递到设备（如GPU）上，并调用 preprocess 方法进行预处理，其中包括缩放边界框坐标等操作。 imgsz[[1, 0, 1, 0]] 是一个张量，包含了图像的宽度和高度，用于缩放操作。# def preprocess(self, targets, batch_size, scale_tensor): -> 它用于预处理目标检测任务中的目标（targets），以匹配输入批次大小（batch size），并输出一个张量。返回预处理后的目标张量。 -> return out# imgsz[[1, 0, 1, 0]] 的作用是提供一个张量，这个张量包含了图像的宽度和高度信息，用于在预处理步骤中对目标（即真实标签）的边界框坐标进行缩放。# 具体来说， imgsz 是一个张量，它存储了特征图的尺寸，这些尺寸是从模型的特征输出 feats 中获取的。由于YOLO模型在不同尺度的特征图上进行检测，所以 imgsz 包含多个尺度的图像尺寸。# 这里的索引 [1, 0, 1, 0] 分别对应于 ： 第一个索引 1 提取特征图的高度。 第二个索引 0 提取特征图的宽度。 第三个索引 1 再次提取特征图的高度（可能是为了保持与某些操作的一致性）。 第四个索引 0 再次提取特征图的宽度。# 因此， imgsz[[1, 0, 1, 0]] 实际上创建了一个形状为 [4] 的张量，包含了两次高度和两次宽度的信息。这个张量被用作 scale_tensor 参数传递给 self.preprocess 方法，该方法会使用这些尺寸信息来将边界框坐标从特征图坐标系转换回原始图像坐标系，或者进行其他必要的缩放操作。# 简而言之， imgsz[[1, 0, 1, 0]] 用于确保边界框坐标在预处理步骤中被正确地缩放和转换。# 在YOLO模型的上下文中， imgsz[[1, 0, 1, 0]] 包含两次高度和两次宽度的信息，主要是因为在处理边界框坐标时，需要对宽度和高度进行归一化和反归一化操作，而这个操作需要图像的实际尺寸。# 在YOLO模型中，边界框坐标通常是相对于特征图的尺寸来表示的，而不是相对于原始图像的尺寸。这意味着，在特征图上计算出的边界框坐标需要被转换回原始图像的坐标系。这个转换涉及到将特征图上的坐标乘以图像的宽度和高度。# imgsz[[1, 0, 1, 0]] 张量提供了这些尺寸信息，使得预处理函数可以正确地调整边界框坐标。具体来说，这个张量被用来 ：# 将特征图上的归一化坐标转换为原始图像中的绝对坐标。# 考虑到YOLO模型可能会在多个尺度的特征图上进行检测，因此可能需要对每个特征图的边界框坐标进行调整。# 包含两次高度和两次宽度的信息可能是为了确保在不同情况下都能正确地处理边界框坐标，尤其是在涉及到不同尺度的特征图时。例如，如果模型使用多个特征图进行检测，每个特征图可能对应于不同的图像尺度，因此需要相应的尺寸信息来正确地调整边界框坐标。# 在实际代码实现中， imgsz[[1, 0, 1, 0]] 张量可能被用来 ：# 计算每个边界框的中心点和宽度/高度，这些值需要乘以图像的宽度和高度。# 调整边界框的坐标，使其从特征图的坐标系转换到原始图像的坐标系。# 总的来说，包含两次高度和两次宽度的信息是为了确保在所有情况下都能正确地处理和调整边界框坐标，这是YOLO模型中一个重要的步骤，以确保检测的准确性。targets = self.preprocess(targets.to(self.device), batch_size, scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]])# 将预处理后的目标张量 targets 分割成两个部分，真实标签 gt_labels （ 类别 ）和 真实边界框 gt_bboxes （xyxy格式）。gt_labels, gt_bboxes = targets.split((1, 4), 2) # cls, xyxy# torch.gt_(input, other, out=None) → Tensor# 在PyTorch中， gt_() 函数是一个就地（in-place）版本的大于（greater than）操作。它用于比较两个张量（tensor）的每个元素，并返回一个布尔张量，其中的每个元素表示第一个张量中相应位置的元素是否大于第二个张量中相应位置的元素。# 参数 ：# input （Tensor）：要比较的第一个张量。# other （Tensor或Scalar）：要比较的第二个张量或标量。# out （Tensor，可选）：输出张量。如果提供，输出结果将被写入此张量。# 返回值 ：# 返回一个新的布尔张量，其中的每个元素指示 input 中相应位置的元素是否大于 other 中相应位置的元素。# 请注意， gt_() 函数是就地操作，意味着它会修改输入张量 input 的值。如果你想保留原始张量不变，可以使用 gt() 函数，它不会修改输入张量，而是返回一个新的结果张量。# 计算一个掩码 mask_gt ，它表示 真实边界框 中是否有任何非零坐标，用于后续的损失计算。mask_gt = gt_bboxes.sum(2, keepdim=True).gt_(0.0)# 如果在上面的过程中发生 RuntimeError ，则捕获该异常。except RuntimeError as e:# 抛出一个 TypeError 异常，并提供详细的错误信息。错误信息指出，如果数据集格式不正确或不是一个分割数据集，可能会导致这个错误。错误信息还提供了一个链接到Ultralytics的文档，供用户检查和修正数据集格式。raise TypeError("ERROR ❌ segment dataset incorrectly formatted or not a segment dataset.\n" # 错误❌段数据集格式不正确或不是段数据集。"This error can occur when incorrectly training a 'segment' model on a 'detect' dataset, " # 在“检测”数据集上错误地训练“分割”模型时，可能会发生此错误，"i.e. 'yolo train model=yolov8n-seg.pt data=coco8.yaml'.\nVerify your dataset is a " # 即“yolo train model=yolov8n-seg.pt data=coco8.yaml”。\n验证您的数据集是否为"correctly formatted 'segment' dataset using 'data=coco8-seg.yaml' " # 使用“data=coco8-seg.yaml”正确格式化“segment”数据集。"as an example.\nSee https://docs.ultralytics.com/datasets/segment/ for help." # 作为示例。\n请参阅https://docs.ultralytics.com/datasets/segment/以获取帮助。) from e# 这段代码的目的是确保传入的数据集是正确格式化的分割数据集，并且能够正确地处理目标标签。如果数据集格式不正确，它将提供有用的错误信息，帮助用户诊断和解决问题。# 这段代码是YOLO模型损失计算过程中的一部分，涉及到预测边界框的解码、目标分配以及目标分数的汇总。# Pboxes# 这行代码调用 bbox_decode 方法来解码预测的分布 pred_distri 和锚点 anchor_points ，生成预测的边界框 pred_bboxes 。这些边界框通常是相对于 特征图的坐标系 表示的，格式为 xyxy ，即每个边界框由四个值组成：x1, y1, x2, y2。# def bbox_decode(self, anchor_points, pred_dist):# -> 它用于从锚点（anchor points）和预测的分布（pred_dist）中解码出目标物体的边界框坐标。使用 dist2bbox 函数将预测的分布 pred_dist 和锚点 anchor_points 转换为边界框坐标。# -> return dist2bbox(pred_dist, anchor_points, xywh=False)pred_bboxes = self.bbox_decode(anchor_points, pred_distri) # xyxy, (b, h*w, 4)# 这行代码调用 assigner 方法来进行目标分配。 assigner 方法负责将预测的边界框与真实标签进行匹配，确定每个预测框应该对应哪个真实对象（如果有的话）。这个方法返回几个输出 ：# target_bboxes ：分配给每个预测框的真实边界框。 target_scores ：分配给每个预测框的置信度分数。 fg_mask ：前景掩码，指示哪些预测框应该被考虑在内（即那些与真实对象匹配的框）。 target_gt_idx ：每个预测框对应的真实标签的索引。# pred_scores.detach().sigmoid() 是对预测分数进行sigmoid激活，以获取每个类别的置信度。# (pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype) 是将 预测的边界框 乘以 步长 张量 stride_tensor ，转换为 原始图像的坐标系 ，并确保数据类型与真实边界框 gt_bboxes 一致。_, target_bboxes, target_scores, fg_mask, target_gt_idx = self.assigner(pred_scores.detach().sigmoid(),(pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype),anchor_points * stride_tensor,gt_labels,gt_bboxes,mask_gt,)# 这行代码计算所有目标分数的总和，并使用 max 函数确保总和至少为1。这可能是为了防止在后续计算中除以零，或者确保即使没有目标分数，损失函数也能正常计算。target_scores_sum = max(target_scores.sum(), 1)# 这段代码的目的是将模型的预测与真实标签对齐，并为每个预测框分配一个目标框和置信度分数，这些信息将用于后续的损失计算。通过这种方式，YOLO模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象。# 这段代码是YOLO模型损失计算的最后部分，涉及到 边界框损失 （ Bbox loss ）、 分割损失 （ Masks loss ）和 置信度损失 （ BCE ）的计算，并对损失进行缩放和求和。# Cls loss# loss[1] = self.varifocal_loss(pred_scores, target_scores, target_labels) / target_scores_sum # VFL way# 这行代码计算 置信度损失 （ Binary Cross-Entropy，BCE ）。 self.bce 函数用于计算 预测分数 pred_scores 和 目标分数 target_scores 之间的BCE损失，然后对所有损失求和，并除以 target_scores_sum 以进行归一化。loss[2] = self.bce(pred_scores, target_scores.to(dtype)).sum() / target_scores_sum # BCE# 这个条件检查是否有任何前景目标（即是否有任何预测框与真实对象匹配）。if fg_mask.sum():# Bbox loss# 如果有前景目标，这行代码计算边界框损失。 self.bbox_loss 函数接受预测分布、预测边界框、锚点、目标边界框等参数，并返回 边界框损失 和另一个与边界框相关的损失（对象置信度损失）。loss[0], loss[3] = self.bbox_loss(pred_distri,pred_bboxes,anchor_points,target_bboxes / stride_tensor,target_scores,target_scores_sum,fg_mask,)# Masks loss# 这行代码将真实掩码 masks 转移到设备（如GPU）上，并转换为浮点数。masks = batch["masks"].to(self.device).float()# 这个条件检查真实掩码的尺寸是否与预测掩码的尺寸匹配。if tuple(masks.shape[-2:]) != (mask_h, mask_w): # downsample# 这行代码使用PyTorch的 F.interpolate 函数对 masks 张量进行上采样或下采样，以确保其空间尺寸与预测掩码的尺寸相匹配。这里的 masks 张量包含了图像中每个对象实例的分割掩码。# 当使用 F.interpolate(masks[None], (mask_h, mask_w), mode="nearest") 时， masks[None] 会在 masks 张量前面增加一个新的维度，使其成为五维张量，形状变为 [1, batch_size, num_objects, height, width] 。# 这里的 1 是最前面新增的维度，它代表批量中的一个额外的“批次”。这样做是因为 F.interpolate 函数期望输入的张量至少是四维的，通常形状为 [batch_size, channels, height, width] 。# 在插值操作之后，得到的形状为 [1, batch_size, num_objects, mask_h, mask_w] 的张量。这里的最前面的维度 1 是之前添加的额外维度，用于兼容 F.interpolate 的输入要求。# 通过索引 [0] ，实际上是想要访问这个五维张量中的第一个元素，即形状为 [batch_size, num_objects, mask_h, mask_w] 的张量。# 这是因为在PyTorch中，索引 [0] 用于访问张量中的第一个元素。在这个上下文中，不是去掉最前面的维度，而是访问这个额外维度中的第一个（也是唯一的）元素，从而得到我们实际需要的四维张量。# 通过索引 [0] ，访问了由于插值操作而产生的额外维度中的第一个元素，得到了正确形状的四维张量。这个四维张量现在可以用于后续的操作，如损失计算等。masks = F.interpolate(masks[None], (mask_h, mask_w), mode="nearest")[0]# 这行代码计算分割损失。 self.calculate_segmentation_loss 函数接受前景掩码、真实掩码、目标索引、目标边界框等参数，并计算 分割损失 。loss[1] = self.calculate_segmentation_loss(fg_mask, masks, target_gt_idx, target_bboxes, batch_idx, proto, pred_masks, imgsz, self.overlap)# WARNING: lines below prevent Multi-GPU DDP 'unused gradient' PyTorch errors, do not remove 警告：以下几行会阻止多 GPU DDP 出现“未使用的梯度”PyTorch 错误，请勿删除。# 如果没有前景目标，这行代码防止在多GPU分布式数据并行（Distributed Data Parallel，DDP）训练中出现“未使用的梯度”的PyTorch错误，通过添加零损失项来确保梯度不会是未定义的。else:# 这行代码是YOLO模型损失计算中的一部分，用于处理没有前景目标的情况。当没有前景目标时，即 fg_mask.sum() 的值为0，意味着没有预测框与真实对象匹配。在这种情况下，分割损失（ loss[1] ）和与预测掩码相关的损失项需要被设置为零，以避免对损失计算产生贡献。# (proto * 0).sum() ：这部分将原型张量 proto 乘以0，得到一个全为零的张量，然后对这个全零张量求和。结果是一个值为0的标量。# (pred_masks * 0).sum() ：这部分将预测掩码张量 pred_masks 乘以0，得到一个全为零的张量，然后对这个全零张量求和。结果也是一个值为0的标量。# loss[1] += (proto * 0).sum() + (pred_masks * 0).sum() ：这行代码将上述两个求和操作的结果相加，然后将总和加到 loss[1] 上。由于两个求和操作的结果都是0，所以 loss[1] 的值保持不变。# 这段代码的目的是确保在没有前景目标的情况下，分割损失和与预测掩码相关的损失项不会对总损失产生贡献。这是一种防止在特定情况下损失计算出现问题的策略。# 然而，需要注意的是，这行代码中的操作实际上是多余的，因为如果 fg_mask.sum() 为0，那么与分割损失和预测掩码相关的损失项本来就应该是零。# 这行代码可能是为了确保在所有情况下损失计算的一致性，或者是为了兼容某些特定的实现。在实际的实现中，如果我们知道 fg_mask.sum() 为0，那么直接将 loss[1] 设置为0可能更为直接和高效。loss[1] += (proto * 0).sum() + (pred_masks * 0).sum() # inf sums may lead to nan loss# 这行代码将 边界框损失 乘以超参数 box ，以调整损失的权重。loss[0] *= self.hyp.box # box gain# 这行代码将 分割损失 乘以超参数 box ，以调整损失的权重。loss[1] *= self.hyp.box # seg gain# 这行代码将 置信度损失 乘以超参数 cls ，以调整损失的权重。loss[2] *= self.hyp.cls # cls gain# 这行代码将 对象置信度损失 乘以超参数 dfl ，以调整损失的权重。loss[3] *= self.hyp.dfl # dfl gain# 最后，这行代码返回总损失（所有损失项的和乘以批量大小）和损失的.detach()版本，后者用于在反向传播中避免梯度累积。return loss.sum() * batch_size, loss.detach() # loss(box, cls, dfl)# 这段代码的目的是计算YOLO模型的 总损失 ，包括 边界框损失 、 分割损失 和 置信度损失 ，并确保在多GPU训练中不会出现梯度错误。通过这种方式，YOLO模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分割对象。# 这段代码定义了一个名为 single_mask_loss 的静态方法，它计算单个实例分割掩码的损失。这个方法是实例分割模型中用来评估预测掩码质量的关键部分。@staticmethod# 1.gt_mask ：真实（ground truth）的分割掩码，一个二进制图像，其中对象的区域被标记为1，背景为0。# 2.pred ：预测的掩码分布，通常是模型输出的一个分支，表示每个像素属于每个类别的概率。# 3.proto ：原型掩码，一组学习到的掩码模板，用于与预测的掩码分布相结合，生成最终的预测掩码。# 4.xyxy ：表示每个对象的边界框，格式为 (x1, y1, x2, y2) ，用于从全尺寸掩码中裁剪出对象区域。# 5.area ：每个对象的面积，用于后续的损失归一化。def single_mask_loss(gt_mask: torch.Tensor, pred: torch.Tensor, proto: torch.Tensor, xyxy: torch.Tensor, area: torch.Tensor) -> torch.Tensor:# 计算单个图像的实例分割损失。# 注释 ： 该函数使用公式 pred_mask =torch.einsum('in,nhw->ihw', pred, proto) 从原型掩码和预测掩码系数生成预测掩码。"""Compute the instance segmentation loss for a single image.Args:gt_mask (torch.Tensor): Ground truth mask of shape (n, H, W), where n is the number of objects.pred (torch.Tensor): Predicted mask coefficients of shape (n, 32).proto (torch.Tensor): Prototype masks of shape (32, H, W).xyxy (torch.Tensor): Ground truth bounding boxes in xyxy format, normalized to [0, 1], of shape (n, 4).area (torch.Tensor): Area of each ground truth bounding box of shape (n,).Returns:(torch.Tensor): The calculated mask loss for a single image.Notes:The function uses the equation pred_mask = torch.einsum('in,nhw->ihw', pred, proto) to produce thepredicted masks from the prototype masks and predicted mask coefficients."""# 这行代码使用爱因斯坦求和约定（Einstein summation convention）来计算预测掩码。 einsum 函数将预测的掩码分布 pred （形状为 (n, 32) ）与原型掩码 proto （形状为 (32, 80, 80) ）相乘，生成每个对象的预测掩码 pred_mask （形状为 (n, 80, 80) ）。pred_mask = torch.einsum("in,nhw->ihw", pred, proto) # (n, 32) @ (32, 80, 80) -> (n, 80, 80)# 这行代码计算预测掩码 pred_mask 和真实掩码 gt_mask 之间的 二进制交叉熵损失 。 reduction="none" 参数表示不对损失进行求和或平均，而是返回每个像素点的损失。loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(pred_mask, gt_mask, reduction="none")# 这行代码执行以下步骤：# crop_mask(loss, xyxy) ：根据每个对象的边界框 xyxy ，从损失张量 loss 中裁剪出对象区域的损失。# .mean(dim=(1, 2)) ：计算裁剪出的损失区域的平均损失。# / area ：将平均损失除以对象的面积，进行归一化。# .sum() ：对所有对象的归一化损失求和，得到最终的分割掩码损失。# def crop_mask(masks, boxes): -> 它用于根据给定的边界框 boxes 从掩码 masks 中裁剪出对象的区域。得到最终的裁剪后的掩码，其中边界框外的像素被设置为0，边界框内的像素保持不变。 -> return masks * ((r >= x1) * (r < x2) * (c >= y1) * (c < y2))return (crop_mask(loss, xyxy).mean(dim=(1, 2)) / area).sum()# 这个方法的目的是计算模型预测的分割掩码与真实掩码之间的差异，并通过裁剪、平均和归一化步骤来评估每个对象的分割质量。最终返回的损失值用于模型的训练和优化。# 这段代码定义了一个名为 calculate_segmentation_loss 的方法，用于计算实例分割任务中的分割损失。它考虑了前景目标的掩码损失，并处理了重叠和非重叠的情况。# 1.fg_mask ：前景掩码，指示哪些预测框是前景（即包含对象）。# 2.masks ：真实分割掩码的张量。# 3.target_gt_idx ：每个预测框对应的真实标签的索引。# 4.target_bboxes ：目标边界框的张量。# 5.batch_idx ：批次索引的张量。# 6.proto ：原型掩码的张量。# 7.pred_masks ：预测分割掩码的张量。# 8.imgsz ：图像尺寸的张量。# 9.overlap ：一个布尔值，指示是否考虑掩码之间的重叠。def calculate_segmentation_loss(self,fg_mask: torch.Tensor,masks: torch.Tensor,target_gt_idx: torch.Tensor,target_bboxes: torch.Tensor,batch_idx: torch.Tensor,proto: torch.Tensor,pred_masks: torch.Tensor,imgsz: torch.Tensor,overlap: bool,) -> torch.Tensor:# 计算实例分割的损失。# 注意事项 ：可以计算批量损失以提高内存使用率的速度。例如，pred_mask 可以按如下方式计算：pred_mask = torch.einsum('in,nhw->ihw', pred, proto) # (i, 32) @ (32, 160, 160) -> (i, 160, 160)"""Calculate the loss for instance segmentation.Args:fg_mask (torch.Tensor): A binary tensor of shape (BS, N_anchors) indicating which anchors are positive.masks (torch.Tensor): Ground truth masks of shape (BS, H, W) if `overlap` is False, otherwise (BS, ?, H, W).target_gt_idx (torch.Tensor): Indexes of ground truth objects for each anchor of shape (BS, N_anchors).target_bboxes (torch.Tensor): Ground truth bounding boxes for each anchor of shape (BS, N_anchors, 4).batch_idx (torch.Tensor): Batch indices of shape (N_labels_in_batch, 1).proto (torch.Tensor): Prototype masks of shape (BS, 32, H, W).pred_masks (torch.Tensor): Predicted masks for each anchor of shape (BS, N_anchors, 32).imgsz (torch.Tensor): Size of the input image as a tensor of shape (2), i.e., (H, W).overlap (bool): Whether the masks in `masks` tensor overlap.Returns:(torch.Tensor): The calculated loss for instance segmentation.Notes:The batch loss can be computed for improved speed at higher memory usage.For example, pred_mask can be computed as follows:pred_mask = torch.einsum('in,nhw->ihw', pred, proto) # (i, 32) @ (32, 160, 160) -> (i, 160, 160)"""# 提取原型掩码 proto 的高度和宽度。_, _, mask_h, mask_w = proto.shape# 初始化损失为0。loss = 0# Normalize to 0-1# 这行代码的作用是将目标边界框 target_bboxes 归一化到 [0, 1] 的范围内，这是在进行实例分割时常见的预处理步骤。归一化有助于模型更好地学习和泛化，因为它使得边界框的尺寸与图像尺寸无关。# target_bboxes ：这是一个形状为 (N, 4) 的张量，其中 N 是边界框的数量，每个边界框由四个值组成 ：(x1, y1, x2, y2) ，分别表示边界框左上角和右下角的坐标。# imgsz[[1, 0, 1, 0]] ：这是一个从 imgsz 张量中提取的子张量，它包含了图像的宽度和高度。 imgsz 张量的形状通常是 (1, 2) 或 (2,) ，其中包含图像的高度和宽度。索引 [1, 0, 1, 0] 分别对应于宽度和高度，这样做是为了确保宽度和高度的顺序正确，并且每个边界框坐标（x1, y1, x2, y2）都分别除以宽度和高度。# target_bboxes_normalized ：归一化后的边界框张量，其中每个坐标值都被除以相应的图像尺寸，转换为相对于图像宽度和高度的比例值。# 例如，如果 imgsz 张量是 (H, W) ，其中 H 是图像高度， W 是图像宽度，那么 target_bboxes 中的每个坐标 (x1, y1, x2, y2) 将被转换为 (x1/W, y1/H, x2/W, y2/H) 。这样的归一化确保了坐标值在 [0, 1] 范围内，与图像的实际尺寸无关。这对于在不同尺寸的图像上训练模型是非常有用的，因为它减少了坐标值的尺度差异。target_bboxes_normalized = target_bboxes / imgsz[[1, 0, 1, 0]]# Areas of target bboxes# 计算目标边界框的面积。marea = xyxy2xywh(target_bboxes_normalized)[..., 2:].prod(2)# Normalize to mask size# 将归一化的目标边界框调整到掩码尺寸。mxyxy = target_bboxes_normalized * torch.tensor([mask_w, mask_h, mask_w, mask_h], device=proto.device)# zip(iter1, iter2, ..., iterN)# zip() 函数是 Python 内置的一个函数，它接受任意数量的可迭代对象（如列表、元组、字符串等）作为参数，并将这些可迭代对象中对应的元素打包成一个个元组，然后返回由这些元组组成的迭代器。当输入的可迭代对象中最短的一个耗尽时， zip() 函数就会停止工作。# 参数 ：# iter1, iter2, ..., iterN ：一个或多个可迭代对象。# 返回值 ：# 一个迭代器，其元素是元组，每个元组包含来自输入可迭代对象的对应元素。# zip() 函数在处理并行数据时非常有用，比如当你有两个列表，并且需要将它们的元素成对处理时。此外， zip() 还可以与 dict() 函数结合使用，快速创建字典。# 这段代码是一个循环，它迭代处理每个批次中的图像，计算分割损失。这个循环是在 calculate_segmentation_loss 函数中的一部分，该函数用于计算实例分割任务中的分割损失。# 这个循环遍历由多个张量组成的元组 fg_mask , target_gt_idx , pred_masks , proto , mxyxy , marea , masks 。 zip 函数将这些张量压缩成一个元组列表， enumerate 函数为每个元组提供一个索引 i 。for i, single_i in enumerate(zip(fg_mask, target_gt_idx, pred_masks, proto, mxyxy, marea, masks)):# 这行代码解包当前批次的张量。fg_mask_i, target_gt_idx_i, pred_masks_i, proto_i, mxyxy_i, marea_i, masks_i = single_i# 这个条件检查当前批次中是否有任何前景目标（即 fg_mask_i 中是否有任何 True 值）。if fg_mask_i.any():# 如果存在前景目标，这行代码提取这些目标的真实标签索引。mask_idx = target_gt_idx_i[fg_mask_i]# 这个条件检查是否考虑掩码之间的重叠。if overlap:# 如果考虑重叠，这行代码创建一个二进制掩码 gt_mask ，其中每个像素的值等于1如果它的索引与 mask_idx 相匹配，否则为0。这里 mask_idx + 1 是因为分割掩码通常是从1开始索引的，而PyTorch张量是从0开始索引的。gt_mask = masks_i == (mask_idx + 1).view(-1, 1, 1)# 将 gt_mask 转换为浮点类型，以便进行损失计算。gt_mask = gt_mask.float()# 如果不考虑重叠，这行代码从 masks 中提取与 batch_idx 和 mask_idx 匹配的掩码。else:gt_mask = masks[batch_idx.view(-1) == i][mask_idx]# 这行代码调用 single_mask_loss 方法计算每个前景目标的分割损失，并将结果累加到 loss 。loss += self.single_mask_loss(gt_mask, pred_masks_i[fg_mask_i], proto_i, mxyxy_i[fg_mask_i], marea_i[fg_mask_i])# WARNING: lines below prevents Multi-GPU DDP 'unused gradient' PyTorch errors, do not remove 警告：以下几行会阻止多 GPU DDP 出现“未使用的梯度”PyTorch 错误，请勿删除。# 如果没有前景目标，这行代码添加零损失项以避免多GPU DDP训练中的“未使用的梯度”错误。这是为了防止在反向传播过程中出现NaN损失，因为没有任何预测掩码和原型掩码参与计算时，可能会出现无穷大的和。else:loss += (proto * 0).sum() + (pred_masks * 0).sum() # inf sums may lead to nan loss# 这段代码的目的是确保在每个批次中，对于每个前景目标，都计算其分割损失，并将这些损失累加起来。如果没有前景目标，它通过添加零损失项来防止潜在的计算错误。# 返回平均分割损失。return loss / fg_mask.sum()# 这个方法的目的是计算预测分割掩码与真实掩码之间的损失，同时考虑了掩码之间的重叠和边界框的归一化。通过这种方式，模型可以学习如何改进其分割预测，以便更准确地分割对象。10.class v8PoseLoss(v8DetectionLoss):
# 这段代码定义了一个名为 v8PoseLoss 的类，它是 v8DetectionLoss 类的子类，用于计算训练过程中的姿态估计损失。
# 这行代码定义了一个名为 v8PoseLoss 的新类，它继承自 v8DetectionLoss 类。
class v8PoseLoss(v8DetectionLoss):# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 这是 v8PoseLoss 类的构造函数，它接受一个参数。# 1.model ：这个参数是一个模型实例。def __init__(self, model): # model must be de-paralleled# 使用模型初始化 v8PoseLoss，设置关键点变量并声明关键点损失实例。"""Initializes v8PoseLoss with model, sets keypoint variables and declares a keypoint loss instance."""# 这行代码调用父类 v8DetectionLoss 的构造函数，并将 model 参数传递给它，以确保父类的初始化代码被执行。super().__init__(model)# 这行代码从模型中提取关键点的形状（ kpt_shape ），它是一个包含关键点数量和每个关键点维度的列表。这里 model.model[-1] 假设是模型的最后一层，其中包含了关键点相关的信息。self.kpt_shape = model.model[-1].kpt_shape# 这行代码创建了一个二进制交叉熵损失函数实例 BCEWithLogitsLoss ，用于计算关键点的损失。self.bce_pose = nn.BCEWithLogitsLoss()# 这行代码检查关键点的形状是否为 [17, 3]，这通常意味着有17个关键点，每个关键点有3个维度（例如，x, y, visibility）。is_pose = self.kpt_shape == [17, 3]# 这行代码提取关键点的数量，即 kpt_shape 列表的第一个元素。nkpt = self.kpt_shape[0] # number of keypoints# 这行代码根据是否是姿态估计任务来设置关键点损失的 sigmas 参数。如果是姿态估计任务，它从 OKS_SIGMA 数组中加载 sigmas 值；如果不是，它创建一个所有元素都是 1/nkpt 的张量。# OKS_SIGMA ：常量，它是一个 NumPy 数组，包含了一组用于计算姿态估计中的关键点损失的 sigma 值。这些 sigma 值通常用于计算关键点的 OksSigmoid 损失（Object Keypoint Similarity），这是一种衡量预测关键点与真实关键点之间相似度的指标。sigmas = torch.from_numpy(OKS_SIGMA).to(self.device) if is_pose else torch.ones(nkpt, device=self.device) / nkpt# 这行代码创建了一个 KeypointLoss 实例，用于计算关键点损失，并将 sigmas 参数传递给它。# class KeypointLoss(nn.Module):# -> KeypointLoss 的 PyTorch 损失函数类，它继承自 nn.Module 。这个类用于计算关键点检测任务中的训练损失，具体来说，它计算预测的关键点与实际关键点之间的欧几里得距离损失，并根据关键点的可见性进行加权。# -> def __init__(self, sigmas) -> None:# -> def forward(self, pred_kpts, gt_kpts, kpt_mask, area):# -> 计算最终的关键点损失，这是通过对每个关键点的损失进行加权求和并取平均值得到的。 1 - torch.exp(-e) 是损失的指数部分， kpt_mask 用于过滤不可见的关键点。# -> return (kpt_loss_factor.view(-1, 1) * ((1 - torch.exp(-e)) * kpt_mask)).mean()self.keypoint_loss = KeypointLoss(sigmas=sigmas)# 总的来说， v8PoseLoss 类初始化时会设置关键点相关的变量，并声明一个关键点损失实例。这个类可能用于姿态估计任务中，计算模型预测的关键点与真实关键点之间的损失。# 这段代码定义了一个名为 __call__ 的方法，它是 v8PoseLoss 类的一部分，用于计算姿态估计任务中的总损失。这个方法接收模型的预测结果 preds 和一批数据 batch ，然后计算包括边界框损失、类别损失、关键点位置损失和关键点可见性损失在内的总损失。def __call__(self, preds, batch):# 计算总损失并将其分离。"""Calculate the total loss and detach it."""# 这段代码是 __call__ 方法的开始部分，它定义了如何计算总损失并将其从计算图中分离。# 初始化一个包含5个元素的零张量 loss ，用于存储不同类型的损失值。这五个元素分别对应于 边界框损失 （ box ）、 类别损失 （ cls ）、 目标检测损失 （ dfl ）、 关键点位置损失 （ kpt_location ）和 关键点可见性损失 （ kpt_visibility ）。loss = torch.zeros(5, device=self.device) # box, cls, dfl, kpt_location, kpt_visibility# 这行代码检查 preds 的类型。# 如果 preds[0] 是一个列表（即 preds 是一个包含多个元素的列表），则直接解包 preds 为特征图 feats 和 预测的关键点 pred_kpts 。# 如果 preds[0] 不是列表，这意味着 preds 可能是一个元组或其它结构，那么代码只取 preds 的第二个元素（索引为1），这通常包含了 特征图 和 预测的关键点 。feats, pred_kpts = preds if isinstance(preds[0], list) else preds[1]# 这段代码执行以下操作 ：# 遍历 feats 中的每个特征图 xi ，将其重塑为 [batch_size, num_outputs, -1] 的形状，其中 num_outputs 是输出层的数量， -1 表示自动计算该维度的大小。# 使用 torch.cat 将所有重塑后的特征图沿第三个维度（维度索引为2）拼接起来。# 使用 split 方法将拼接后的特征图分割成两个部分 ： 预测分布 （ pred_distri ）和 预测分数 （ pred_scores ）。 self.reg_max * 4 是分割点，用于将预测分布与预测分数分开； self.nc 是类别数量，用于确定预测分数的维度。pred_distri, pred_scores = torch.cat([xi.view(feats[0].shape[0], self.no, -1) for xi in feats], 2).split((self.reg_max * 4, self.nc), 1)# 这段代码的目的是准备损失计算所需的所有输入数据，包括特征图、预测的关键点、预测分布和预测分数。这些数据将被用于后续的损失计算步骤。# 这段代码继续处理 __call__ 方法中的预测结果，并对预测分数、预测分布和预测关键点进行 维度置换 和 连续化处理 ，以及 计算图像尺寸 和 锚点 。# B, grids, ..# permute(0, 2, 1) ：这个操作改变 pred_scores 张量的形状，将维度从 [batch_size, num_classes, grid_size] 变为 [batch_size, grid_size, num_classes] 。这种置换是为了将 类别分数 与 特征图的网格单元格 对齐，因为通常在目标检测模型中，每个网格单元格都会为每个类别生成一个分数。# contiguous() ：这个方法确保张量在内存中是连续存储的，这对于某些操作（如视图变换）是必要的。pred_scores = pred_scores.permute(0, 2, 1).contiguous()# 类似于 pred_scores ，这个操作改变 pred_distri 张量的形状，并将内存中的张量数据变得连续，以便进行后续处理。pred_distri = pred_distri.permute(0, 2, 1).contiguous()# 这个操作对预测的关键点 pred_kpts 进行相同的维度置换和连续化处理。pred_kpts = pred_kpts.permute(0, 2, 1).contiguous()# 这行代码获取 pred_scores 张量的数据类型，并将其存储在 dtype 变量中，以便后续使用。dtype = pred_scores.dtype# feats[0].shape[2:] ：提取特征图的高度和宽度。# torch.tensor(..., device=self.device, dtype=dtype) ：将特征图的尺寸转换为张量，并确保它位于正确的设备（如GPU）上，并且具有正确的数据类型。# * self.stride[0] ：将 特征图的尺寸 乘以步长，得到 原始图像的尺寸 。这是因为特征图通常是原始图像经过多次下采样后的结果，所以需要通过步长来恢复到原始尺寸。imgsz = torch.tensor(feats[0].shape[2:], device=self.device, dtype=dtype) * self.stride[0] # image size (h,w)# make_anchors ：这个函数生成锚点和步长张量。锚点是用于目标检测的参考框，它们定义了在特征图的每个网格单元格中预期边界框的大小和位置。# self.stride ：步长用于确定锚点的尺寸。# 0.5 ：这是一个缩放因子，用于调整锚点的尺寸。anchor_points, stride_tensor = make_anchors(feats, self.stride, 0.5)# 这段代码的目的是准备损失计算所需的所有输入数据，包括预测分数、预测分布和预测关键点的维度置换和连续化处理，以及计算图像尺寸和锚点。这些数据将被用于后续的损失计算步骤。# 这段代码处理目标（即真实标签）的提取和预处理，为损失计算做准备。# Targets# 这行代码从 pred_scores 张量中提取 批量大小 （ batch_size ），这是预测分数张量的第一个维度。batch_size = pred_scores.shape[0]# 从 batch 字典中提取 batch_idx ，它代表批次索引。 view(-1, 1) ：将 batch_idx 重塑为列向量，以便与其他目标信息拼接。batch_idx = batch["batch_idx"].view(-1, 1)# 从 batch 字典中提取 类别标签 （ cls ）和 边界框 （ bboxes ）。 view(-1, 1) ：将类别标签重塑为列向量。 torch.cat ：将 批次索引 、 类别标签 和 边界框 沿第二维（列）拼接起来，形成目标张量 targets 。targets = torch.cat((batch_idx, batch["cls"].view(-1, 1), batch["bboxes"]), 1)# to(self.device) ：将目标张量 targets 转移到正确的设备（如GPU）上。 self.preprocess ：调用预处理函数，对目标张量进行必要的转换，如归一化边界框坐标。 scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]] ：使用图像尺寸的张量来缩放边界框坐标。# def preprocess(self, targets, batch_size, scale_tensor): -> 它用于预处理目标检测任务中的目标（targets），以匹配输入批次大小（batch size），并输出一个张量。返回预处理后的目标张量。 -> return outtargets = self.preprocess(targets.to(self.device), batch_size, scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]])# split((1, 4), 2) ：将目标张量 targets 分割成两个部分： 真实标签 （ gt_labels ）和 真实边界框 （ gt_bboxes ）。这里， (1, 4) 指定了分割的尺寸，意味着第一个分割包含1个元素（类别标签），第二个分割包含4个元素（边界框坐标）。gt_labels, gt_bboxes = targets.split((1, 4), 2) # cls, xyxy# sum(2, keepdim=True) ：计算边界框坐标的总和，沿着第三个维度（表示边界框的坐标）。 keepdim=True 确保结果保持原有的维度。 gt_(0.0) ：检查边界框坐标总和是否大于0，这用于创建一个掩码，指示哪些边界框包含至少一个非零坐标。mask_gt = gt_bboxes.sum(2, keepdim=True).gt_(0.0)# 这段代码的目的是确保目标张量正确地提取和预处理，以便用于损失计算。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象。# 这段代码继续处理预测结果，包括解码预测的边界框和关键点，以及使用分配器为每个预测框分配真实标签和目标。# Pboxes# 这个函数用于将预测的分布 pred_distri 和锚点 anchor_points 解码成预测的边界框 pred_bboxes 。 输出的边界框格式为 xyxy ，表示每个边界框由四个值组成：x1, y1, x2, y2 。# def bbox_decode(self, anchor_points, pred_dist):# -> 它用于从锚点（anchor points）和预测的分布（pred_dist）中解码出目标物体的边界框坐标。使用 dist2bbox 函数将预测的分布 pred_dist 和锚点 anchor_points 转换为边界框坐标。# -> return dist2bbox(pred_dist, anchor_points, xywh=False)pred_bboxes = self.bbox_decode(anchor_points, pred_distri) # xyxy, (b, h*w, 4)# self.kpts_decode ：这个函数用于将预测的 关键点 pred_kpts 和 锚点 anchor_points 解码成 预测的关键点坐标 pred_kpts 。# pred_kpts.view(batch_size, -1, *self.kpt_shape) ：将预测的关键点张量重塑为 (batch_size, num_anchors, num_keypoints, 3) 的形状，其中 num_keypoints 是关键点的数量，3 表示每个关键点的 x, y, visibility 坐标。pred_kpts = self.kpts_decode(anchor_points, pred_kpts.view(batch_size, -1, *self.kpt_shape)) # (b, h*w, 17, 3)# self.assigner ：这个函数用于为每个预测框分配真实标签和目标。它考虑了预测分数、预测边界框、锚点、真实标签、真实边界框和掩码。# pred_scores.detach().sigmoid() ：将预测分数通过 sigmoid 函数转换为概率。# (pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype) ：将预测的边界框调整到原始图像尺寸，并确保数据类型与真实边界框一致。# anchor_points * stride_tensor ：将锚点调整到原始图像尺寸。# fg_mask ：指示哪些预测框是前景（即包含对象）的掩码。# target_gt_idx ：每个预测框对应的真实标签的索引。_, target_bboxes, target_scores, fg_mask, target_gt_idx = self.assigner(pred_scores.detach().sigmoid(),(pred_bboxes.detach() * stride_tensor).type(gt_bboxes.dtype),anchor_points * stride_tensor,gt_labels,gt_bboxes,mask_gt,)# target_scores.sum() ：计算所有目标分数的总和。 max(..., 1) ：确保目标分数的总和至少为1，以避免在后续计算中除以零。target_scores_sum = max(target_scores.sum(), 1)# 这段代码的目的是确保预测的边界框和关键点被正确解码，并且每个预测框都被分配了正确的真实标签和目标。这为后续的损失计算奠定了基础。# 这段代码完成了总损失的计算，包括边界框损失、关键点损失和类别损失，并根据超参数调整不同损失的权重。# Cls loss# loss[1] = self.varifocal_loss(pred_scores, target_scores, target_labels) / target_scores_sum # VFL way# 使用二进制交叉熵损失函数（BCE）计算类别损失。# self.bce ：BCE损失函数。 pred_scores ：预测的类别分数。 target_scores.to(dtype) ：目标类别分数，转换为与预测分数相同的数据类型。 sum() ：对所有类别损失求和。 /target_scores_sum ：将总类别损失除以目标分数的总和，进行归一化。loss[3] = self.bce(pred_scores, target_scores.to(dtype)).sum() / target_scores_sum # BCE# Bbox loss# 检查是否有前景目标（即是否有预测框与真实对象匹配）。if fg_mask.sum():# 将目标边界框调整回特征图的尺寸。target_bboxes /= stride_tensor# 计算边界框损失和关键点可见性损失。# self.bbox_loss ：边界框损失函数。# pred_distri ：预测的边界框分布。 pred_bboxes ：预测的边界框。 anchor_points ：锚点。 target_bboxes ：调整尺寸后的目标边界框。 target_scores ：目标分数。 target_scores_sum ：目标分数的总和。 fg_mask ：前景掩码。loss[0], loss[4] = self.bbox_loss(pred_distri, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask)# 提取真实关键点，并将它们转移到正确的设备上，转换为浮点类型，并克隆以避免修改原始数据。keypoints = batch["keypoints"].to(self.device).float().clone()# 将关键点的 x 和 y 坐标调整到原始图像尺寸。keypoints[..., 0] *= imgsz[1]keypoints[..., 1] *= imgsz[0]# 计算关键点位置损失和关键点对象损失。# self.calculate_keypoints_loss ：关键点损失函数。# fg_mask ：前景掩码。 target_gt_idx ：每个预测框对应的真实标签的索引。 keypoints ：调整尺寸后的真实关键点。 batch_idx ：批次索引。 stride_tensor ：步长张量。 target_bboxes ：目标边界框。 pred_kpts ：预测的关键点。loss[1], loss[2] = self.calculate_keypoints_loss(fg_mask, target_gt_idx, keypoints, batch_idx, stride_tensor, target_bboxes, pred_kpts)# 损失缩放。根据超参数调整不同损失的权重。loss[0] *= self.hyp.box # box gainloss[1] *= self.hyp.pose # pose gainloss[2] *= self.hyp.kobj # kobj gainloss[3] *= self.hyp.cls # cls gainloss[4] *= self.hyp.dfl # dfl gain# 返回总损失（所有损失项的和乘以批量大小）和脱离计算图的损失张量。return loss.sum() * batch_size, loss.detach() # loss(box, cls, dfl)# 这段代码的目的是计算姿态估计模型的总损失，以便在训练过程中优化模型参数。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和定位人体姿态的关键点。# 这个方法的目的是计算姿态估计模型的总损失，以便在训练过程中优化模型参数。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和定位人体姿态的关键点。# 这段代码定义了一个名为 kpts_decode 的静态方法，它用于将预测的关键点从特征图坐标解码到图像坐标。# 这个装饰器表示 kpts_decode 方法是一个静态方法，意味着它不依赖于类或实例的任何属性，只能访问类的属性，而不是实例的属性。@staticmethod# 定义了一个方法 kpts_decode ，它接受两个参数。# 1.anchor_points ：锚点的坐标，通常是特征图上每个网格单元的中心点。# 2.pred_kpts ：预测的关键点，通常是相对于锚点的偏移量。def kpts_decode(anchor_points, pred_kpts):# 将预测的关键点解码为图像坐标。"""Decodes predicted keypoints to image coordinates."""# 创建 pred_kpts 的一个副本，以避免在原始数据上进行修改。y = pred_kpts.clone()# 将预测的关键点的前两个维度（通常是 x 和 y 坐标）乘以 2，以将它们从 [-1, 1] 的范围缩放到 [-2, 2] 的范围。y[..., :2] *= 2.0# 将预测的关键点的 x 坐标加上锚点的 x 坐标，然后减去 0.5。这一步是为了将 关键点的坐标 从 特征图坐标系 转换到 图像坐标系 。减去 0.5 是因为特征图坐标系中的 (0, 0) 对应于图像坐标系中的 (0.5, 0.5)。y[..., 0] += anchor_points[:, [0]] - 0.5# 类似地，将预测的关键点的 y 坐标加上锚点的 y 坐标，然后减去 0.5。y[..., 1] += anchor_points[:, [1]] - 0.5# 返回解码后的关键点坐标。return y# 这个方法的目的是将模型预测的关键点坐标从特征图坐标系转换到原始图像坐标系，以便可以与真实的关键点坐标进行比较和损失计算。这种转换是必要的，因为模型通常在特征图上进行预测，而真实的关键点标注是在原始图像上进行的。# 这段代码定义了一个名为 calculate_keypoints_loss 的方法，用于计算姿态估计中的关键点损失。这个方法接收多个参数，包括前景掩码、目标索引、关键点、批次索引、步长张量、目标边界框和预测的关键点。# 1.self ： 指向类的实例的引用，允许访问类的属性和方法。# 2.masks ： 一个张量，表示每个预测框是否包含目标（前景）的掩码。这个掩码用于选择相关的预测和目标进行损失计算。# 3.target_gt_idx ： 一个张量，包含每个预测框对应的真实标签索引。这个索引用于从批次中选择正确的关键点。# 4.keypoints ： 一个张量，包含每个目标的真实关键点坐标。这些坐标通常在图像坐标系中，用于与预测的关键点进行比较。# 5.batch_idx ： 一个张量，包含每个目标所属图像的批次索引。用于将关键点分配到正确的图像。# 6.stride_tensor ： 一个张量，包含步长信息，用于将预测的关键点从特征图坐标转换到图像坐标。# 7.target_bboxes ： 一个张量，包含每个目标的真实边界框坐标。这些坐标用于计算关键点损失时的上下文信息，例如关键点是否在边界框内。# 8.pred_kpts ： 一个张量，包含模型预测的关键点坐标。这些坐标用于计算与真实关键点的损失。def calculate_keypoints_loss(self, masks, target_gt_idx, keypoints, batch_idx, stride_tensor, target_bboxes, pred_kpts):# 计算模型的关键点损失。# 此函数计算给定批次的关键点损失和关键点对象损失。关键点损失基于预测的关键点和地面实况关键点之间的差异。关键点对象损失是二元分类损失，用于对关键点是否存在进行分类。"""Calculate the keypoints loss for the model.This function calculates the keypoints loss and keypoints object loss for a given batch. The keypoints loss isbased on the difference between the predicted keypoints and ground truth keypoints. The keypoints object loss isa binary classification loss that classifies whether a keypoint is present or not.Args:masks (torch.Tensor): Binary mask tensor indicating object presence, shape (BS, N_anchors).target_gt_idx (torch.Tensor): Index tensor mapping anchors to ground truth objects, shape (BS, N_anchors).keypoints (torch.Tensor): Ground truth keypoints, shape (N_kpts_in_batch, N_kpts_per_object, kpts_dim).batch_idx (torch.Tensor): Batch index tensor for keypoints, shape (N_kpts_in_batch, 1).stride_tensor (torch.Tensor): Stride tensor for anchors, shape (N_anchors, 1).target_bboxes (torch.Tensor): Ground truth boxes in (x1, y1, x2, y2) format, shape (BS, N_anchors, 4).pred_kpts (torch.Tensor): Predicted keypoints, shape (BS, N_anchors, N_kpts_per_object, kpts_dim).Returns:(tuple): Returns a tuple containing:- kpts_loss (torch.Tensor): The keypoints loss.- kpts_obj_loss (torch.Tensor): The keypoints object loss."""# 将批次索引 batch_idx 展平，以便于处理。batch_idx = batch_idx.flatten()# 获取批次大小，即 masks 的长度。batch_size = len(masks)# Find the maximum number of keypoints in a single image# 找到单个图像中最多关键点的数量。max_kpts = torch.unique(batch_idx, return_counts=True)[1].max()# Create a tensor to hold batched keypoints# 创建一个张量 batched_keypoints 来存储批次中所有图像的关键点。batched_keypoints = torch.zeros((batch_size, max_kpts, keypoints.shape[1], keypoints.shape[2]), device=keypoints.device)# TODO: any idea how to vectorize this?# Fill batched_keypoints with keypoints based on batch_idx# 循环遍历每个批次，根据 batch_idx 将关键点填充到 batched_keypoints 中。for i in range(batch_size):keypoints_i = keypoints[batch_idx == i]batched_keypoints[i, : keypoints_i.shape[0]] = keypoints_i# Expand dimensions of target_gt_idx to match the shape of batched_keypoints# 扩展 target_gt_idx 的维度，以匹配 batched_keypoints 的形状。target_gt_idx_expanded = target_gt_idx.unsqueeze(-1).unsqueeze(-1)# torch.gather(input, dim, index, *, sparse_grad=False, out=None) → Tensor# torch.gather 是 PyTorch 中的一个函数，它用于根据索引从输入张量中抽取值。这个函数在处理数据时提供了极大的灵活性，特别是在深度学习任务中，它允许我们动态地选择和重新排序张量中的元素。# 参数 ：# input (Tensor) ：目标变量，即要从中收集值的输入张量。# dim (int) ：需要沿着取值的坐标轴（维度）。这意味着你希望沿着哪个维度根据索引收集值。# index (LongTensor) ：包含要收集的元素索引的张量。它的 shape 应该与 input 在非 dim 维度上的形状相同，而在 dim 维度上，其数值表示 input 中需要被收集的数据的索引位置。# sparse_grad (bool, optional) ：如果为真，输入将是一个稀疏张量。默认值为 False 。# out (Tensor, optional) ：输出张量。如果提供，输出结果将被写入此张量。默认值为 None 。# 返回值 ：# Tensor ：一个新的张量，包含了根据 index 从 input 张量中收集的值。# 工作原理 ：# torch.gather 函数的核心作用是从输入张量 input 中按照指定的索引 index 抽取值。在指定的维度 dim 上， index 张量中的每个值指示了要从 input 中抽取哪个位置的值。# torch.gather 函数在深度学习中非常有用，特别是在需要根据目标标签从输出的概率分布中直接获取相应的概率值时，这在计算损失函数时尤其有用。# Use target_gt_idx_expanded to select keypoints from batched_keypoints# 这行代码使用 PyTorch 的 gather 函数从 batched_keypoints 张量中根据 target_gt_idx_expanded 提供的索引抽取关键点。# 1 ：这是 dim 参数，指定我们想要沿着第1维（索引从0开始）抽取值。# target_gt_idx_expanded ：这是索引张量，它指示了要从 batched_keypoints 中抽取哪些关键点。这个张量已经被扩展以匹配 batched_keypoints 的形状。# expand(-1, -1, keypoints.shape[1], keypoints.shape[2]) ：这个操作将 target_gt_idx_expanded 张量扩展到与 batched_keypoints 张量在非 dim 维度上具有相同的形状。 -1 表示该维度保持不变。# batched_keypoints ： 这是一个形状为 (batch_size, max_kpts, keypoints.shape[1], keypoints.shape[2]) 的张量，其中包含了批次中所有图像的关键点。# target_gt_idx_expanded ： 这是一个形状为 (batch_size, max_kpts, 1, 1) 的张量，其中包含了每个预测框对应的真实标签索引。通过扩展这个张量，我们可以确保它在非 dim 维度上与 batched_keypoints 具有相同的形状。# selected_keypoints ： 这是 gather 函数的输出，它包含了根据 target_gt_idx_expanded 从 batched_keypoints 中抽取的关键点。selected_keypoints = batched_keypoints.gather(1, target_gt_idx_expanded.expand(-1, -1, keypoints.shape[1], keypoints.shape[2]))# Divide coordinates by stride# 将选定的关键点坐标除以步长张量 stride_tensor 。selected_keypoints /= stride_tensor.view(1, -1, 1, 1)# 初始化关键点损失和关键点对象损失。kpts_loss = 0kpts_obj_loss = 0# 这段代码是 calculate_keypoints_loss 方法的一部分，它负责在存在前景掩码（即至少有一个关键点是可见的）时计算关键点损失。# 这个条件检查是否有任何前景掩码（ masks ）的值为 True ，即是否有至少一个关键点是可见的。if masks.any():# 从 selected_keypoints 中选择出被前景掩码标记为 True 的关键点，即选择出真实的关键点。gt_kpt = selected_keypoints[masks]# 将目标边界框从 xyxy 格式转换为 xywh 格式（其中 xywh 表示 x , y , width , height ）。 计算每个边界框的面积（宽度乘以高度）。 keepdim=True 保持结果的维度不变，这对于后续的广播操作是必要的。area = xyxy2xywh(target_bboxes[masks])[:, 2:].prod(1, keepdim=True)# 从预测的关键点 pred_kpts 中选择出被前景掩码标记为 True 的关键点。pred_kpt = pred_kpts[masks]# 如果 gt_kpt 的形状是 [..., 3] （即每个关键点有三个坐标值），则创建一个掩码 kpt_mask ，其中可见的关键点（ gt_kpt 的第三个坐标值不为0）被标记为 True 。# 如果 gt_kpt 的形状不是 [..., 3] ，则创建一个填充为 True 的掩码，这意味着所有关键点都被视为可见的。kpt_mask = gt_kpt[..., 2] != 0 if gt_kpt.shape[-1] == 3 else torch.full_like(gt_kpt[..., 0], True)# 计算 预测关键点 和 真实关键点 之间的损失。这个损失函数可能考虑了关键点的位置误差和可见性。kpts_loss = self.keypoint_loss(pred_kpt, gt_kpt, kpt_mask, area) # pose loss# 检查预测的关键点是否有三个坐标值。if pred_kpt.shape[-1] == 3:# 如果预测的关键点有三个坐标值，计算关键点对象损失，这通常是关键点的可见性损失。这里使用二进制交叉熵损失函数 self.bce_pose 。kpts_obj_loss = self.bce_pose(pred_kpt[..., 2], kpt_mask.float()) # keypoint obj loss# 返回计算出的 关键点损失 和 关键点对象损失 。return kpts_loss, kpts_obj_loss# 这段代码的目的是计算预测关键点与真实关键点之间的损失，包括关键点的位置损失和可见性损失。这些损失将用于模型的训练过程，以优化关键点的预测精度。# 这个方法的目的是计算预测关键点与真实关键点之间的损失，包括关键点位置损失和关键点可见性损失。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地定位人体姿态的关键点。11.class v8ClassificationLoss:
# 这段代码定义了一个名为 v8ClassificationLoss 的类，它是一个用于计算分类任务训练损失的标准（Criterion）类。
# 这行代码定义了一个名为 v8ClassificationLoss 的新类，它是一个用于计算分类损失的类。
class v8ClassificationLoss:# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 这是 v8ClassificationLoss 类的 __call__ 方法，它允许类的实例像函数一样被调用。这个方法接受两个参数： preds 和 batch 。# 1.preds ：模型的预测结果，通常是一个包含了类别分数的张量。# 2.batch ：一批数据，包含了真实标签和其他可能的信息。def __call__(self, preds, batch):# 计算预测和真实标签之间的分类损失。"""Compute the classification loss between predictions and true labels."""# F.cross_entropy 是 PyTorch 中的一个函数，用于计算交叉熵损失，它衡量模型预测和真实标签之间的差异。 preds 是模型的预测结果， batch["cls"] 是真实标签。 reduction="mean" 指定损失的缩减方式，这里是计算所有样本损失的平均值。loss = F.cross_entropy(preds, batch["cls"], reduction="mean")# loss.detach() 将损失值从计算图中分离出来，这意味着在反向传播时不会计算关于 loss 的梯度。loss_items = loss.detach()# 方法返回两个值。loss 是用于反向传播的损失值， loss_items 是分离出来的损失值，可以用于记录或监控。return loss, loss_items
# 总的来说， v8ClassificationLoss 类的 __call__ 方法计算了分类任务中的交叉熵损失，并返回了损失值和分离出来的损失值。这个类可以被用于训练分类模型，以优化模型参数，使其更好地预测类别标签。12.class v8OBBLoss(v8DetectionLoss):
# 这段代码定义了一个名为 v8OBBLoss 的类，它是 v8DetectionLoss 类的子类，用于计算旋转YOLO模型中的目标检测、分类和边界框分布损失。
# 这行代码定义了一个名为 v8OBBLoss 的新类，它继承自 v8DetectionLoss 类。
class v8OBBLoss(v8DetectionLoss):# 计算旋转 YOLO 模型中对象检测、分类和框分布的损失。"""Calculates losses for object detection, classification, and box distribution in rotated YOLO models."""# 这是 v8OBBLoss 类的构造函数，它接受一个参数.# 1.model ：这个参数是一个模型实例。def __init__(self, model):# 使用模型、分配器和旋转的 bbox 损失初始化 v8OBBLoss；注意模型必须去并行。"""Initializes v8OBBLoss with model, assigner, and rotated bbox loss; note model must be de-paralleled."""# 这行代码调用父类 v8DetectionLoss 的构造函数，并传递 model 参数。这是 Python 中继承机制的一部分，确保父类的初始化代码被执行。super().__init__(model)# self.assigner 是一个负责为预测框分配真实标签的组件。 RotatedTaskAlignedAssigner 是一个类，用于旋转边界框的任务对齐分配。# topk=10 表示在分配过程中考虑每个目标的前10个预测框。 num_classes=self.nc 表示类别的数量。 self.nc 是从父类继承的属性。 alpha=0.5 和 beta=6.0 是分配器的超参数，用于调整分配逻辑。# class RotatedTaskAlignedAssigner(TaskAlignedAssigner): -> 它是 TaskAlignedAssigner 类的子类，用于处理旋转边界框（rotated bounding boxes）的任务对齐锚点分配。self.assigner = RotatedTaskAlignedAssigner(topk=10, num_classes=self.nc, alpha=0.5, beta=6.0)# class RotatedBboxLoss(BboxLoss):# -> 这个类用于计算旋转目标检测任务中的训练损失，包括 IoU 损失和 Distribution Focal Loss (DFL)。# -> def __init__(self, reg_max):# -> def forward(self, pred_dist, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask):# -> 返回 IoU 损失和 DFL 损失。# -> return loss_iou, loss_dflself.bbox_loss = RotatedBboxLoss(self.reg_max).to(self.device)# 总的来说， v8OBBLoss 类初始化时会设置一个分配器和一个旋转边界框损失计算器。这个类可能用于旋转YOLO模型的训练过程中，计算模型预测的边界框、类别和对象存在的损失。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象，尤其是在需要处理旋转边界框的场景中。# 这段代码定义了一个名为 preprocess 的方法，它用于预处理目标（即真实标签）数据，使其与输入批次大小相匹配，并输出一个处理后的张量。# 这是 preprocess 方法的定义，它接受三个参数。# 1.self ：类的实例引用。# 2.targets ：目标数据。# 3.batch_size ：批次大小。# 4.scale_tensor ：用于调整边界框尺寸的张量。def preprocess(self, targets, batch_size, scale_tensor):# 预处理目标计数并与输入批量大小匹配以输出张量。"""Preprocesses the target counts and matches with the input batch size to output a tensor."""# 这个条件检查 targets 张量是否为空（即没有目标数据）。if targets.shape[0] == 0:# 如果 targets 为空，创建一个形状为 (batch_size, 0, 6) 的全零张量作为输出。这里的 6 代表了目标数据的每个条目的固定尺寸，例如 [image_index, class_index, x1, y1, x2, y2] 。out = torch.zeros(batch_size, 0, 6, device=self.device)# 如果 targets 不为空，执行以下步骤。else:# 提取 targets 张量的第一列，它包含了每个目标所属图像的索引。i = targets[:, 0] # image index# 使用 unique 方法找出 i 中的唯一值及其计数， counts 包含了每个唯一索引出现的次数。_, counts = i.unique(return_counts=True)# 将 counts 转换为整数类型。counts = counts.to(dtype=torch.int32)# 创建一个形状为 (batch_size, counts.max(), 6) 的全零张量作为输出，其中 counts.max() 是 i 中出现次数最多的索引的计数。out = torch.zeros(batch_size, counts.max(), 6, device=self.device)# 循环遍历每个批次。for j in range(batch_size):# 创建一个布尔掩码，标记 i 中等于当前批次索引 j 的行。matches = i == j# 计算匹配当前批次索引的目标数量。n = matches.sum()# 如果有匹配的目标，执行以下步骤。if n:# 提取匹配当前批次索引的目标的边界框数据。bboxes = targets[matches, 2:]# 将边界框的坐标乘以 scale_tensor ，以调整边界框尺寸。bboxes[..., :4].mul_(scale_tensor)# 将 类别索引 和 调整后的边界框数据 连接起来，并赋值给输出张量 out 的相应位置。out[j, :n] = torch.cat([targets[matches, 1:2], bboxes], dim=-1)# 返回预处理后的输出张量。return out# 这个方法的目的是将目标数据调整为与输入批次大小相匹配的格式，并调整边界框尺寸，以便用于损失计算。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象。# 这段代码定义了一个名为 __call__ 的方法，它是 v8OBBLoss 类的一部分，用于计算旋转YOLO模型的损失。这个方法接收模型的预测结果 preds 和一批数据 batch ，然后计算包括边界框损失、类别损失和方向损失在内的总损失。# 1.self ：这是一个对当前类实例的引用，允许访问类的属性和方法。# 2.preds ：这是一个包含模型预测结果的参数。 preds 通常是一个张量或张量的列表/元组，包含了模型对输入数据的预测输出，如预测的边界框、类别概率和旋转角度等。# 3.batch ：这是一个包含一批数据的真实标签信息的参数。 batch 通常是一个字典或张量的列表/元组，包含了与 preds 中的预测相对应的真实标签数据，如真实边界框的位置、类别标签等。def __call__(self, preds, batch):# 计算并返回YOLO模型的损失。"""Calculate and return the loss for the YOLO model."""# 初始化一个包含3个元素的零张量，用于存储不同类型的损失值。这三种损失分别对应于 边界框损失 （ box ）、 类别损失 （ cls ）和 方向自由度损失 （ dfl ） 。loss = torch.zeros(3, device=self.device) # box, cls, dfl# 这行代码检查 preds 的类型。如果 preds[0] 是一个列表，那么 preds 可能是一个包含多个元素的列表，其中 feats 和 pred_angle 分别是 特征图 和 预测的角度 。# 如果 preds[0] 不是列表，这意味着 preds 可能是一个元组或其它结构，那么代码只取 preds 的第二个元素（索引为1），这通常包含了 特征图 和 预测的角度 。feats, pred_angle = preds if isinstance(preds[0], list) else preds[1]# 从 pred_angle 张量中提取 批量大小 （ batch_size ） ，这是预测角度张量的第一个维度。batch_size = pred_angle.shape[0] # batch size, number of masks, mask height, mask width# 这段代码执行以下操作 ：# 遍历 feats 中的每个特征图 xi ，将其重塑为 [batch_size, num_outputs, -1] 的形状，其中 num_outputs 是输出层的数量， -1 表示自动计算该维度的大小。# 使用 torch.cat 将所有重塑后的特征图沿第三个维度（维度索引为2）拼接起来。# 使用 split 方法将拼接后的特征图分割成两个部分 ： 预测分布 （ pred_distri ） 和 预测分数 （ pred_scores ）。 self.reg_max * 4 是分割点，用于将预测分布与预测分数分开； self.nc 是类别数量，用于确定预测分数的维度。pred_distri, pred_scores = torch.cat([xi.view(feats[0].shape[0], self.no, -1) for xi in feats], 2).split((self.reg_max * 4, self.nc), 1)# 这段代码的目的是准备损失计算所需的所有输入数据，包括特征图、预测的角度、预测分布和预测分数。这些数据将被用于后续的损失计算步骤。# 这段代码继续处理 __call__ 方法中的预测结果，并对预测分数、预测分布和预测角度进行维度置换和连续化处理，以及计算图像尺寸和锚点。# b, grids, ..# permute(0, 2, 1) ：这个操作改变 pred_scores 张量的形状，将维度从 [batch_size, num_classes, grid_size] 变为 [batch_size, grid_size, num_classes] 。这种置换是为了将类别分数与特征图的网格单元格对齐，因为通常在目标检测模型中，每个网格单元格都会为每个类别生成一个分数。# contiguous() ：这个方法确保张量在内存中是连续存储的，这对于某些操作（如视图变换）是必要的。pred_scores = pred_scores.permute(0, 2, 1).contiguous()# 类似于 pred_scores ，这个操作改变 pred_distri 张量的形状，并将内存中的张量数据变得连续，以便进行后续处理。pred_distri = pred_distri.permute(0, 2, 1).contiguous()# 这个操作对预测的角度 pred_angle 进行相同的维度置换和连续化处理。pred_angle = pred_angle.permute(0, 2, 1).contiguous()# 这行代码获取 pred_scores 张量的数据类型，并将其存储在 dtype 变量中，以便后续使用。dtype = pred_scores.dtype# feats[0].shape[2:] ：提取特征图的高度和宽度。# torch.tensor(..., device=self.device, dtype=dtype) ：将特征图的尺寸转换为张量，并确保它位于正确的设备（如GPU）上，并且具有正确的数据类型。# * self.stride[0] ：将特征图的尺寸乘以步长，得到原始图像的尺寸。这是因为特征图通常是原始图像经过多次下采样后的结果，所以需要通过步长来恢复到原始尺寸。imgsz = torch.tensor(feats[0].shape[2:], device=self.device, dtype=dtype) * self.stride[0] # image size (h,w)# make_anchors ：这个函数生成 锚点 和 步长张量 。锚点是用于目标检测的参考框，它们定义了在特征图的每个网格单元格中预期边界框的大小和位置。 self.stride ：步长用于确定锚点的尺寸。 0.5 ：这是一个缩放因子，用于调整锚点的尺寸。anchor_points, stride_tensor = make_anchors(feats, self.stride, 0.5)# 这段代码的目的是准备损失计算所需的所有输入数据，包括预测分数、预测分布和预测角度的维度置换和连续化处理，以及计算图像尺寸和锚点。这些数据将被用于后续的损失计算步骤。# 这段代码是 v8OBBLoss 类的 __call__ 方法中的一部分，它负责处理目标数据（即真实标签）的提取、过滤和预处理。# targets# 开始一个尝试块，用于捕获可能发生的运行时错误。try:# 从 batch 字典中提取 batch_idx ，它代表 批次索引 ，并将其重塑为列向量。batch_idx = batch["batch_idx"].view(-1, 1)# 将 批次索引 、 类别标签 和 边界框信息 沿着第1个维度（列）拼接起来，形成目标张量 targets 。targets = torch.cat((batch_idx, batch["cls"].view(-1, 1), batch["bboxes"].view(-1, 5)), 1)# 从 targets 中提取宽度和高度，并将其乘以图像尺寸，得到 实际的 宽度 和 高度 。rw, rh = targets[:, 4] * imgsz[0].item(), targets[:, 5] * imgsz[1].item()# 过滤掉宽度和高度小于2的边界框，以稳定训练过程。targets = targets[(rw >= 2) & (rh >= 2)] # filter rboxes of tiny size to stabilize training# 调用 preprocess 方法对目标张量进行预处理，包括将边界框坐标归一化到 [0, 1] 范围内。targets = self.preprocess(targets.to(self.device), batch_size, scale_tensor=imgsz[[1, 0, 1, 0]])# 将预处理后的目标张量 targets 分割成 真实标签 gt_labels 和 真实边界框 gt_bboxes 。gt_labels, gt_bboxes = targets.split((1, 5), 2) # cls, xywhr# 计算一个掩码 mask_gt ，它表示真实边界框中是否有任何非零坐标。mask_gt = gt_bboxes.sum(2, keepdim=True).gt_(0.0)# 如果在上述过程中发生 RuntimeError ，则捕获该异常。except RuntimeError as e:# 抛出一个 TypeError 异常，并提供详细的错误信息。错误信息指出，如果数据集格式不正确或不是一个 OBB 数据集，可能会导致这个错误。错误信息还提供了一个链接到 Ultralytics 的文档，供用户检查和修正数据集格式。raise TypeError("ERROR ❌ OBB dataset incorrectly formatted or not a OBB dataset.\n" # 错误 ❌ OBB 数据集格式不正确或不是 OBB 数据集。"This error can occur when incorrectly training a 'OBB' model on a 'detect' dataset, " # 在“检测”数据集上错误地训练“OBB”模型时，可能会发生此错误，"i.e. 'yolo train model=yolov8n-obb.pt data=dota8.yaml'.\nVerify your dataset is a " # 即“yolo train model=yolov8n-obb.pt data=dota8.yaml”。\n验证您的数据集是否为"correctly formatted 'OBB' dataset using 'data=dota8.yaml' " # 使用“data=dota8.yaml”正确格式化“OBB”数据集"as an example.\nSee https://docs.ultralytics.com/datasets/obb/ for help." # 作为示例。\n请参阅https://docs.ultralytics.com/datasets/obb/以获取帮助。) from e# 这段代码的目的是确保传入的数据集是正确格式化的 OBB 数据集，并且能够正确地处理目标标签。如果数据集格式不正确，它将提供有用的错误信息，帮助用户诊断和解决问题。# 这段代码是 v8OBBLoss 类的 __call__ 方法的一部分，它负责处理 预测的边界框 （ Pboxes ）的解码、 缩放 和 分配给真实标签 。# Pboxes# 调用 bbox_decode 方法将 预测的分布 pred_distri 、 锚点 anchor_points 和 预测的角度 pred_angle 解码成 预测的边界框 pred_bboxes 。这些边界框以 xyxy 格式表示，即每个边界框由四个坐标值组成：x1, y1, x2, y2。pred_bboxes = self.bbox_decode(anchor_points, pred_distri, pred_angle) # xyxy, (b, h*w, 4)# 克隆预测的边界框 pred_bboxes 并将其从计算图中分离，以便用于分配器而不会影响梯度计算。bboxes_for_assigner = pred_bboxes.clone().detach()# Only the first four elements need to be scaled# 将 bboxes_for_assigner 的前四个元素（即 xyxy 格式的坐标）乘以步长张量 stride_tensor ，以将边界框坐标从 特征图尺寸 调整到 原始图像尺寸 。bboxes_for_assigner[..., :4] *= stride_tensor# 调用分配器 assigner 方法为每个预测框分配真实标签和目标。分配器考虑了预测分数、预测边界框、锚点、真实标签、真实边界框和掩码。# pred_scores.detach().sigmoid() ：将预测分数通过 sigmoid 函数转换为概率。# bboxes_for_assigner.type(gt_bboxes.dtype) ：确保预测边界框的数据类型与真实边界框 gt_bboxes 一致。# anchor_points * stride_tensor ：将锚点调整到原始图像尺寸。_, target_bboxes, target_scores, fg_mask, _ = self.assigner(pred_scores.detach().sigmoid(),bboxes_for_assigner.type(gt_bboxes.dtype),anchor_points * stride_tensor,gt_labels,gt_bboxes,mask_gt,)# 计算 所有目标分数的总和 ，并确保总和至少为1，以避免在后续计算中除以零。target_scores_sum = max(target_scores.sum(), 1)# 这段代码的目的是确保预测的边界框被正确解码、调整尺寸并与真实标签匹配，以便计算损失时可以使用这些信息。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象，尤其是在需要处理旋转边界框的场景中。# 这段代码继续处理 __call__ 方法中的损失计算，包括类别损失、边界框损失和方向自由度损失（dfl）。# Cls loss# loss[1] = self.varifocal_loss(pred_scores, target_scores, target_labels) / target_scores_sum # VFL way# 类别损失（Cls loss）。# loss[1] = self.bce(pred_scores, target_scores.to(dtype)).sum() / target_scores_sum ：使用二进制交叉熵损失函数（BCE）计算类别损失。# pred_scores 是模型预测的类别分数。 target_scores 是目标类别分数，转换为与预测分数相同的数据类型。 sum() 对所有类别损失求和。 /target_scores_sum 将总类别损失除以目标分数的总和，进行归一化。loss[1] = self.bce(pred_scores, target_scores.to(dtype)).sum() / target_scores_sum # BCE# Bbox loss# 边界框损失（Bbox loss）。# 检查是否有前景目标（即是否有预测框与真实对象匹配）。if fg_mask.sum():# 将目标边界框的前四个坐标值（即 xyxy 格式的坐标）除以 步长张量 ，以将它们从 原始图像尺寸 调整回 特征图尺寸 。target_bboxes[..., :4] /= stride_tensor# 计算 边界框损失 和 方向自由度损失 。# self.bbox_loss 是边界框损失函数。# pred_distri 是预测的边界框分布。 pred_bboxes 是预测的边界框。 anchor_points 是锚点。 target_bboxes 是调整尺寸后的目标边界框。 target_scores 是目标分数。 target_scores_sum 是目标分数的总和。 fg_mask 是前景掩码。loss[0], loss[2] = self.bbox_loss(pred_distri, pred_bboxes, anchor_points, target_bboxes, target_scores, target_scores_sum, fg_mask)# 处理无前景目标的情况。else:# 如果没有前景目标，将预测角度 pred_angle 乘以0，然后将结果求和，这样边界框损失 loss[0] 就不会对总损失产生贡献。loss[0] += (pred_angle * 0).sum()# 损失缩放。# 根据超参数调整 边界框损失 的权重。loss[0] *= self.hyp.box # box gain# 根据超参数调整 类别损失 的权重。loss[1] *= self.hyp.cls # cls gain# 根据超参数调整 方向自由度损失 的权重。loss[2] *= self.hyp.dfl # dfl gain# 返回总损失。返回总损失（所有损失项的和乘以批量大小）和脱离计算图的损失张量。return loss.sum() * batch_size, loss.detach() # loss(box, cls, dfl)# 这段代码的目的是计算旋转YOLO模型的总损失，以便在训练过程中优化模型参数。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象，尤其是在需要处理旋转边界框的场景中。# 这个方法的目的是计算旋转YOLO模型的总损失，以便在训练过程中优化模型参数。通过这种方式，模型可以学习如何改进其预测，以便更准确地检测和分类对象，尤其是在需要处理旋转边界框的场景中。# 这段代码定义了一个名为 bbox_decode 的方法，它用于将预测的分布、角度和锚点转换为旋转边界框（Oriented Bounding Boxes, OBBs）。# 这是 bbox_decode 方法的定义，它接受三个参数。# 1.self ：类的实例引用。# 2.anchor_points ：锚点。# 3.pred_dist ：预测的分布。# 4.pred_angle ：预测的角度。def bbox_decode(self, anchor_points, pred_dist, pred_angle):# 从锚点和分布解码预测的对象边界框坐标。"""Decode predicted object bounding box coordinates from anchor points and distribution.Args:anchor_points (torch.Tensor): Anchor points, (h*w, 2).pred_dist (torch.Tensor): Predicted rotated distance, (bs, h*w, 4).pred_angle (torch.Tensor): Predicted angle, (bs, h*w, 1).Returns:(torch.Tensor): Predicted rotated bounding boxes with angles, (bs, h*w, 5)."""# 这个条件检查是否使用 方向自由度损失 （Directional Free Loss, DFL）。DFL 是一种技术，用于改善旋转边界框的回归。if self.use_dfl:# 提取 pred_dist 张量的形状，分别代表 批量大小 （ b ）、 锚点数量 （ a ）和 通道数 （ c ）。b, a, c = pred_dist.shape # batch, anchors, channels# 将 pred_dist 张量重塑为 (b, a, 4, c // 4) 的形状。# 应用 softmax 函数到第三个维度（ dim=3 ），这通常是为了将预测的分布转换为概率分布。# 使用 matmul （矩阵乘法）将 pred_dist 与投影矩阵 self.proj 相乘。 self.proj 是一个转换矩阵，用于将预测的分布转换为边界框的坐标。# .type(pred_dist.dtype) 确保 self.proj 的数据类型与 pred_dist 相同。pred_dist = pred_dist.view(b, a, 4, c // 4).softmax(3).matmul(self.proj.type(pred_dist.dtype))# 调用 dist2rbox 函数，它将 预测的分布 pred_dist 、 预测的角度 pred_angle 和 锚点 anchor_points 转换为 旋转边界框 的坐标。# 使用 torch.cat 将 dist2rbox 的结果与 pred_angle 连接起来，形成最终的边界框表示，包括四个角点的坐标和角度。# dim=-1 指定连接操作沿着最后一个维度进行。# def dist2rbox(pred_dist, pred_angle, anchor_points, dim=-1): -> 它用于将预测的旋转边界框的偏移量和角度从锚点和分布中解码出来。将 旋转后的中心点坐标 和 原始的左上角 与 右下角 偏移量 拼接，得到最终的旋转边界框坐标，并返回。 -> return torch.cat([xy, lt + rb], dim=dim)return torch.cat((dist2rbox(pred_dist, pred_angle, anchor_points), pred_angle), dim=-1)# 这个方法的目的是将模型的预测输出转换为旋转边界框的坐标，这些坐标可以用于后续的损失计算和评估模型性能。通过这种方式，旋转YOLO模型可以更准确地检测和定位具有旋转角度的对象。13.class E2EDetectLoss:
# 这段代码定义了一个名为 E2EDetectLoss 的类，它是一个用于计算端到端（E2E）检测任务训练损失的标准（Criterion）类。这个类特别适用于那些需要同时考虑多种检测损失的情况，例如在目标检测中同时使用一对多（one-to-many）和一对一（one-to-one）的检测损失。
class E2EDetectLoss:# 计算训练损失的标准类。"""Criterion class for computing training losses."""# 类初始化 __init__ 。def __init__(self, model):# 使用提供的模型，以一对多和一对一检测损失初始化 E2EDetectLoss。"""Initialize E2EDetectLoss with one-to-many and one-to-one detection losses using the provided model."""# 创建一个 v8DetectionLoss 实例，用于计算 一对多 检测损失。 tal_topk=10 表示在计算损失时考虑每个目标的前10个预测框。self.one2many = v8DetectionLoss(model, tal_topk=10)# 创建另一个 v8DetectionLoss 实例，用于计算 一对一 检测损失。 tal_topk=1 表示在计算损失时只考虑每个目标的最佳预测框。self.one2one = v8DetectionLoss(model, tal_topk=1)# 方法 __call__ 。def __call__(self, preds, batch):# 计算 box 、 cls 和 dfl 的损失 总和 乘以 批量大小 。"""Calculate the sum of the loss for box, cls and dfl multiplied by batch size."""# 如果 preds 是一个元组，取其第二个元素（索引为1），否则直接使用 preds 。这通常用于处理模型输出的不同格式。preds = preds[1] if isinstance(preds, tuple) else preds# 从 preds 中提取用于 一对多 检测损失的预测结果。one2many = preds["one2many"]# 使用 one2many 实例计算一对多检测损失。loss_one2many = self.one2many(one2many, batch)# 从 preds 中提取用于 一对一 检测损失的预测结果。one2one = preds["one2one"]# 使用 one2one 实例计算一对一检测损失。loss_one2one = self.one2one(one2one, batch)# 返回两个损失的总和。 loss_one2many[0] 和 loss_one2one[0] 分别是一对多和一对一检测损失的总和， loss_one2many[1] 和 loss_one2one[1] 是这些损失的分离（detached）版本，用于监控或记录。return loss_one2many[0] + loss_one2one[0], loss_one2many[1] + loss_one2one[1]
# 这个类的目的是提供一个灵活的方式来计算和组合不同类型的检测损失，使得模型训练可以同时考虑多种检测策略的性能。这对于提高模型在复杂场景下的目标检测能力特别有用，尤其是在需要平衡多个预测框与单个最佳预测框的场景中。
