? 作者：大森林?

3D點(diǎn)云目標(biāo)跟蹤的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以根據(jù)跟蹤的目標(biāo)是單個(gè)還是多個(gè)，分為單目標(biāo)跟蹤（SOT）和多目標(biāo)跟蹤（MOT）兩種。一般來(lái)說(shuō)，SOT的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要關(guān)注跟蹤的準(zhǔn)確性和魯棒性，而MOT的評(píng)價(jià)指標(biāo)則需要考慮跟蹤的完整性和一致性。

SOT的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

平均重疊率（Average Overlap Rate, AOR）：表示預(yù)測(cè)的3D邊界框與真實(shí)的3D邊界框之間的重疊比例的平均值。

平均中心誤差（Average Center Error, ACE）：表示預(yù)測(cè)的3D邊界框與真實(shí)的3D邊界框之間的中心點(diǎn)距離的平均值。

成功率（Success Rate, SR）：表示預(yù)測(cè)的3D邊界框與真實(shí)的3D邊界框之間的重疊比例超過(guò)某個(gè)閾值（如0.5）的幀數(shù)占總幀數(shù)的比例。

精確率（Precision Rate, PR）：表示預(yù)測(cè)的3D邊界框與真實(shí)的3D邊界框之間的中心點(diǎn)距離小于某個(gè)閾值（如1米）的幀數(shù)占總幀數(shù)的比例。

MOT的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

多目標(biāo)跟蹤精度（Multiple Object Tracking Accuracy, MOTA）：綜合考慮了漏檢率、誤檢率和ID切換率對(duì)跟蹤精度的影響。

多目標(biāo)跟蹤精確度（Multiple Object Tracking Precision, MOTP）：表示預(yù)測(cè)的3D邊界框與真實(shí)的3D邊界框之間的重疊比例或中心點(diǎn)距離的平均值。

跟蹤長(zhǎng)度（Track Length, TL）：表示每個(gè)目標(biāo)被成功跟蹤的幀數(shù)。

跟蹤片段（Track Fragment, TF）：表示每個(gè)目標(biāo)被中斷跟蹤的次數(shù)。

ID切換率（ID Switch Rate, ISR）：表示每個(gè)目標(biāo)被錯(cuò)誤地分配給另一個(gè)ID或從另一個(gè)ID切換過(guò)來(lái)的次數(shù)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)詳細(xì)代碼：

首先，我們需要導(dǎo)入一些必要的庫(kù)，如numpy, scipy和sklearn。然后，我們需要定義一些輔助函數(shù)，如計(jì)算兩個(gè)3D邊界框之間的重疊比例（IoU），計(jì)算兩個(gè)3D點(diǎn)之間的歐氏距離，以及使用匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

import?numpy?as?np
from?scipy.spatial.transform?import?Rotation?as?R
from?scipy.optimize?import?linear_sum_assignment
from?sklearn.metrics?import?pairwise_distances

#?計(jì)算兩個(gè)3D邊界框之間的重疊比例（IoU）
def?iou_3d(box1,?box2):
????#?box1和box2都是7維向量，表示(x,?y,?z,?w,?l,?h,?yaw)
????#?其中(x,?y,?z)是中心點(diǎn)坐標(biāo)，(w,?l,?h)是寬度、長(zhǎng)度和高度，yaw是偏航角
????#?返回兩個(gè)邊界框之間的IoU值，范圍在[0,?1]

????#?將邊界框轉(zhuǎn)換為8個(gè)頂點(diǎn)的矩陣
????box1_corners?=?box_to_corners(box1)
????box2_corners?=?box_to_corners(box2)

????#?計(jì)算兩個(gè)邊界框在每個(gè)軸上的投影區(qū)間
????box1_xmin?=?np.min(box1_corners[:,?0])
????box1_xmax?=?np.max(box1_corners[:,?0])
????box1_ymin?=?np.min(box1_corners[:,?1])
????box1_ymax?=?np.max(box1_corners[:,?1])
????box1_zmin?=?np.min(box1_corners[:,?2])
????box1_zmax?=?np.max(box1_corners[:,?2])

????box2_xmin?=?np.min(box2_corners[:,?0])
????box2_xmax?=?np.max(box2_corners[:,?0])
????box2_ymin?=?np.min(box2_corners[:,?1])
????box2_ymax?=?np.max(box2_corners[:,?1])
????box2_zmin?=?np.min(box2_corners[:,?2])
????box2_zmax?=?np.max(box2_corners[:,?2])

????#?計(jì)算兩個(gè)邊界框在每個(gè)軸上的交集區(qū)間
????inter_xmin?=?max(box1_xmin,?box2_xmin)
????inter_xmax?=?min(box1_xmax,?box2_xmax)
????inter_ymin?=?max(box1_ymin,?box2_ymin)
????inter_ymax?=?min(box1_ymax,?box2_ymax)
????inter_zmin?=?max(box1_zmin,?box2_zmin)
????inter_zmax?=?min(box1_zmax,?box2_zmax)

????#?如果沒(méi)有交集，返回0
????if?inter_xmax?

	?

	接下來(lái)，我們需要定義一些評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算函數(shù)，如AOR，ACE，SR，PR，MOTA，MOTP，TL，TF，ISR等。我們已經(jīng)有了預(yù)測(cè)的3D邊界框和真實(shí)的3D邊界框的列表，以及每個(gè)邊界框的置信度得分。我們還需要定義一些閾值，如重疊比例閾值（iou_threshold），中心點(diǎn)距離閾值（dist_threshold），置信度得分閾值（score_threshold）等，這些閾值將在代碼中具體給出。
#?計(jì)算平均重疊率（AOR）
def?average_overlap_rate(pred_boxes,?gt_boxes):
????#?pred_boxes是一個(gè)p?x?7的矩陣，表示p個(gè)預(yù)測(cè)的3D邊界框
????#?gt_boxes是一個(gè)g?x?7的矩陣，表示g個(gè)真實(shí)的3D邊界框
????#?返回平均重疊率（AOR）值

????#?如果沒(méi)有預(yù)測(cè)或真實(shí)邊界框，返回0
????if?pred_boxes.shape[0]?==?0?or?gt_boxes.shape[0]?==?0:
????????return?0.0

????#?計(jì)算預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框之間的重疊比例矩陣，大小為p?x?g
????iou_matrix?=?np.zeros((pred_boxes.shape[0],?gt_boxes.shape[0]))
????for?i?in?range(pred_boxes.shape[0]):
????????for?j?in?range(gt_boxes.shape[0]):
????????????iou_matrix[i][j]?=?iou_3d(pred_boxes[i],?gt_boxes[j])

????#?使用匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，得到匹配結(jié)果
????matches?=?data_association(-iou_matrix)

????#?計(jì)算并返回平均重疊率（AOR）值
?ace?=?np.mean(dist_matrix[matches?!=?-1])
????return?ace

#?計(jì)算成功率（SR）
def?success_rate(pred_boxes,?gt_boxes,?iou_threshold=0.5):
????#?pred_boxes是一個(gè)p?x?7的矩陣，表示p個(gè)預(yù)測(cè)的3D邊界框
????#?gt_boxes是一個(gè)g?x?7的矩陣，表示g個(gè)真實(shí)的3D邊界框
????#?iou_threshold是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，表示重疊比例的閾值，默認(rèn)為0.5
????#?返回成功率（SR）值

????#?如果沒(méi)有預(yù)測(cè)或真實(shí)邊界框，返回0
????if?pred_boxes.shape[0]?==?0?or?gt_boxes.shape[0]?==?0:
????????return?0.0

????#?計(jì)算預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框之間的重疊比例矩陣，大小為p?x?g
????iou_matrix?=?np.zeros((pred_boxes.shape[0],?gt_boxes.shape[0]))
????for?i?in?range(pred_boxes.shape[0]):
????????for?j?in?range(gt_boxes.shape[0]):
????????????iou_matrix[i][j]?=?iou_3d(pred_boxes[i],?gt_boxes[j])

????#?使用匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，得到匹配結(jié)果
????matches?=?data_association(-iou_matrix)

????#?計(jì)算并返回成功率（SR）值
????sr?=?np.sum(iou_matrix[matches?!=?-1]?>=?iou_threshold)?/?pred_boxes.shape[0]
????return?sr

#?計(jì)算精確率（PR）
def?precision_rate(pred_boxes,?gt_boxes,?dist_threshold=1.0):
????#?pred_boxes是一個(gè)p?x?7的矩陣，表示p個(gè)預(yù)測(cè)的3D邊界框
????#?gt_boxes是一個(gè)g?x?7的矩陣，表示g個(gè)真實(shí)的3D邊界框
????#?dist_threshold是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，表示中心點(diǎn)距離的閾值，默認(rèn)為1.0
????#?返回精確率（PR）值

????#?如果沒(méi)有預(yù)測(cè)或真實(shí)邊界框，返回0
????if?pred_boxes.shape[0]?==?0?or?gt_boxes.shape[0]?==?0:
????????return?0.0

????#?提取預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框的中心點(diǎn)坐標(biāo)
????pred_centers?=?pred_boxes[:,?:3]
????gt_centers?=?gt_boxes[:,?:3]

????#?計(jì)算預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框之間的中心點(diǎn)距離矩陣，大小為p?x?g
????dist_matrix?=?pairwise_distances(pred_centers,?gt_centers)

????#?使用匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，得到匹配結(jié)果
????matches?=?data_association(dist_matrix)

????#?計(jì)算并返回精確率（PR）值
????pr?=?np.sum(dist_matrix[matches?!=?-1]?<=?dist_threshold)?/?pred_boxes.shape[0]
????return?pr

#?計(jì)算多目標(biāo)跟蹤精度（MOTA）
def?multiple_object_tracking_accuracy(pred_boxes,?gt_boxes,?iou_threshold=0.5):
????#?pred_boxes是一個(gè)列表，長(zhǎng)度為t，表示t個(gè)時(shí)間步的預(yù)測(cè)的3D邊界框
????#?gt_boxes是一個(gè)列表，長(zhǎng)度為t，表示t個(gè)時(shí)間步的真實(shí)的3D邊界框
????#?iou_threshold是一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，表示重疊比例的閾值，默認(rèn)為0.5
????#?返回多目標(biāo)跟蹤精度（MOTA）值

????#?如果沒(méi)有預(yù)測(cè)或真實(shí)邊界框，返回0
????if?len(pred_boxes)?==?0?or?len(gt_boxes)?==?0:
????????return?0.0

????#?初始化漏檢數(shù)、誤檢數(shù)、ID切換數(shù)和總真實(shí)數(shù)為0
????miss_count?=?0
????false_count?=?0
????switch_count?=?0
????total_count?=?0

????#?初始化上一時(shí)間步的匹配結(jié)果為空字典
????prev_matches?=?{}

????#?遍歷每個(gè)時(shí)間步
????for?t?in?range(len(pred_boxes)):
????????#?獲取當(dāng)前時(shí)間步的預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框
????????pred_box?=?pred_boxes[t]
????????gt_box?=?gt_boxes[t]

????????#?計(jì)算當(dāng)前時(shí)間步的真實(shí)邊界框的數(shù)量，并累加到總真實(shí)數(shù)中
????????total_count?+=?gt_box.shape[0]

????????#?如果當(dāng)前時(shí)間步?jīng)]有預(yù)測(cè)或真實(shí)邊界框，跳過(guò)該時(shí)間步
????????if?pred_box.shape[0]?==?0?or?gt_box.shape[0]?==?0:
????????????continue

????????#?計(jì)算當(dāng)前時(shí)間步的預(yù)測(cè)和真實(shí)邊界框之間的重疊比例矩陣，大小為p?x?g
????????iou_matrix?=?np.zeros((pred_box.shape[0],?gt_box.shape[0]))
????????for?i?in?range(pred_box.shape[0]):
????????????for?j?in?range(gt_box.shape[0]):
????????????????iou_matrix[i][j]?=?iou_3d(pred_box[i],?gt_box[j])

????????#?使用匈牙利算法進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，得到匹配結(jié)果
????????matches?=?data_association(-iou_matrix)

????????#?初始化當(dāng)前時(shí)間步的匹配結(jié)果為空字典
????????curr_matches?=?{}

????????#?遍歷每個(gè)預(yù)測(cè)邊界框
????????for?i?in?range(pred_box.shape[0]):
????????????#?如果沒(méi)有匹配的真實(shí)邊界框，或者重疊比例低于閾值，累加誤檢數(shù)，并跳過(guò)該預(yù)測(cè)邊界框
????????????if?matches[i]?==?-1?or?iou_matrix[i][matches[i]]?

	以上就是我?guī)痛蠹铱偨Y(jié)的3D點(diǎn)云目標(biāo)跟蹤中常見(jiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和代碼詳解，希望可以幫助到大家。

	編輯：黃飛

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