深度学习图像识别笔记（三）：yolov5检测结果分析

一、Confusion matrix 混淆矩阵

是一种可视化工具，特别用于监督学习。通过这个矩阵，可以很清晰地看出机器是否将两个不同的类混淆了。

上图的表格其实就是

confusion matrix

• True/False： 预测结果是否正确
• Positive/Negative：预测的方向是正方向还是负方向

1. 真阳性（True Positive, TP）: 预测为正样本，实际为正样本，预测正确
2. 真阴性（True Negative, TN）：预测为负样本，实际为负样本，预测正确
3. 假阳性（False Positive, FP）：预测为正样本，实际为负样本，预测错误（预测为正样本是错的）
4. 假阴性（False Negative, FN）：预测为负样本，实际为正样本，预测错误（预测为负样本是错的）

**

举例说明：

**
假设识别

猫

类别，其中加了狗的图片，即认为狗图片为负样本，猫图片为正样本。

• 猫的图片被预测为猫，为TP；
• 狗的图片被预测为狗，为TN；
• 狗的图片被预测为猫，为FP；
• 猫的图片被预测为狗，为FN；

二、由混淆矩阵衍生出的指标

1、Accuracy 准确率

被分对的样本/总样本数

     一般来说，正确率越高，分类器越好。

但只用这个指标不够全面，因为若

负样本的数量远>正样本数量

，虽然正确率仍可以很高，但完全错分类正样本仍能达到较高的Acc。

2、 Error rate 错误率

与accuray相对，描述被分类器错分的比例。

3、 Sensitive 灵敏度

表示所有正例中被分对的比例，和改良分类器对正例的识别能力。在所有真实值是positive的结果中，模型预测对的比重。

4、Specificity 特效度

所有负例中被分对的比例，衡量分类器对负例的识别能力

5、Precision 精度

度量精确性，表示被分为正例的示例中实际为正例的比例。
在模型预测为正样本的所有结果中，有多少真正为正样本的比例。

6、Recall 召回率

度量覆盖面，由多少个正例被分为正例

三、指标对比分析

1、precision 和 recall

上文提到，

Accuracy

并不能完全反映检测结果，所以需要

Precision

和

Recall

。
(下面的空格横线只是为了让等号对齐，没有任何意义)

• 提高Precision = 提高二分类器预测正样本门槛 _____________= 使二分类预测的正样本尽可能是真实正样本
• 提高Recall = 降低二分类器预测正样本门槛 _____________=使得二分类器尽可能将真实的正例挑选出来

（1）在意TP

由公式可以看到，

Precision

和

Recall

的分子都是

True Positive

：

• Precision看的是，在预测正向的情况下，实际的【精准度】是多少；
• Recall看的是，在实际为正向的状况下，预测模型【能召回多少】实际正向的答案。

Precision

和

Recall

的结果看重哪一个，主要取决于具体的项目情况。例如：

• 指纹识别门锁，我们更在意预测正向（开门）的答对了多少，不是很在意实际正向（主人）的答对了多少。也就是说，在意Precision，不在意Recall。
• 广告投放中，我们在意实际正向（潜在客户）的答对了多少，而不是很在意预测正向（广告投放）的答对了多少。

（2）不在意TF

这个结果没有什么意思，在指纹识别门锁中，是陌生人按指纹不开门。通常情况下，实际上为正样本的结果比负样本要少，预测为正样本的一定会比预测为负样本少，所以

True Negative

的数量最多，也没有什么讨论意义。

2、F1 Score 综合评价指标

若一个任务中，

Precision

和

Recall

同等重要，想要用一个指标统一，则有了

F1 Score

，也称为

F1 Measure

。它是精确率和召回率的调和平均数，最大为1（最好），最小为0（最差）。


当beta=1时，F1-Measure = F1 Score

把两个值综合变为一个值，就方便做模型对比了。

（1）为什么采用调和平均的方法？

调和平均常用于计算平均速率，在固定距离下，所花时间就是平均速率，这和数据成倒数关系，而

F1 Measure

也同样是这样的数据特性，在固定

TP

的情况下，有不同的分母，所以这里使用调和平均较为适当。

四、检测结果出来的图怎么看？

1、P曲线

P_curve.png：准确率

precision

与置信度

confidence

的关系图。
【置信度

confidence

：用来判断边界框内的物体是正样本还是负样本，大于置信度阈值的判定为正样本，小于置信度阈值的判定为负样本即背景。】

画图的代码在yolov5代码的

utils

文件夹下的

metrics.py

文件中，代码如下：

def plot_mc_curve(px, py, save_dir='mc_curve.png', names=(), xlabel='Confidence', ylabel='Metric'):
    # Metric-confidence curve
    fig, ax = plt.subplots(1, 1, figsize=(9, 6), tight_layout=True)if0< len(names)<21:  # display per-class legend if < 21 classesfor i, y in enumerate(py):
            ax.plot(px, y, linewidth=1, label=f'{names[i]}')# plot(confidence, metric)
    else:
        ax.plot(px, py.T, linewidth=1, color='grey')# plot(confidence, metric)

    y = py.mean(0)
    ax.plot(px, y, linewidth=3, color='blue', label=f'all classes {y.max():.2f} at {px[y.argmax()]:.3f}')
    ax.set_xlabel(xlabel)
    ax.set_ylabel(ylabel)
    ax.set_xlim(0, 1)
    ax.set_ylim(0, 1)
    plt.legend(bbox_to_anchor=(1.04, 1), loc="upper left")
    fig.savefig(Path(save_dir), dpi=250)

从代码中可以看到，下面这句话对应图例中最后一句。

ax.plot(px, y, linewidth=3, color='blue', label=f'all classes {y.max():.2f} at {px[y.argmax()]:.3f}')

y.max

是指图上所有类别的

precious

的最大值，这里是1。下面的PR曲线可以看到是0.991。

argmax

函数百度一下定义：

这个函数大约是为了体现这个模型的最终展示效果。因为可以看到，6个类别的曲线，有的精度比较好，有的不太好，通过整合成一条曲线来展示一个综合性能。（这点是猜测，如有其他见解欢迎讨论）

2、R曲线

3、P-R曲线

precious

与

recall

之间的关系，PR曲线下围城的面积称作AP，所有类别AP的平均值即为mAP。


如果一个学习器的PR曲线A完全包住另一个学习器B的PR曲线，则可断言A的性能优于B。但是A和B发生交叉，那性能该如何判断呢？我们可以根据曲线下方的面积大小来进行比较，但更常用的是平衡点F1。平衡点（BEP）是

P=R

（准确率 = 召回率）时的取值，即斜率为1，F1值越大，我们可以认为该学习器的性能较好。

4、result.png

Box：YOLO V5使用

GIOU Loss

作为

bounding box

的损失，Box推测为GIoU损失函数均值，越小方框越准；
Objectness：推测为目标检测loss均值，越小目标检测越准；
Classification：推测为分类loss均值，越小分类越准；
Precision：精确率（所有分类正确中的正样本比例）；
Recall：召回率（有多少正样本被找到）
val Box: 验证集

bounding box

损失
val Objectness：验证集目标检测

loss

均值
val classification：验证集分类

loss

均值
mAP@0.5：阈值大于0.5的平均

mAP

。【其中，mAP指PR曲线下的面积AP的平均值，@后面的数表示判定

IoU

为正负样本的阈值】
mAP@0.5:0.95：表示在不同

IoU

阈值（从0.5到0.95，步长0.05）（0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95）上的平均

mAP

。【@0.5:0.95表示阈值取0.5:0.05:0.95后取均值】

一般训练结果主要观察精确率和召回率波动情况（波动不是很大则训练效果较好），然后观察[email protected] & [email protected]:0.95 评价训练结果。

5、 F1_curve.png

F1-score

与置信度间的关系。

F1-score

是分类问题的一个衡量指标，是精确率

precision

和召回率

recall

的调和平均数，最大为1，最小为0。【1是最好，0是最差】

6、Labels.jpg

第一个图：

classes

每个类别的数据量
第二个图 ：

labels

标签
第三个图 ：center xy
第四个图 ：

labels

的长和宽

参考博文

秒懂Confusion Matrix之混淆矩阵详解
yolov5 训练结果解析
关于yolov5的一些说明（txt文件、训练结果分析等）