mAP、AP50、AR50：目标检测中的核心评价指标解析

在目标检测任务中，评价指标是衡量模型性能的核心工具。其中，mAP（mean Average Precision）、AP50（Average Precision at IoU=0.5）和AR50（Average Recall at IoU=0.5）是最常用的指标。本文将从定义、计算方法和应用场景三方面展开解析。

一、指标定义与核心概念

AP（Average Precision）
平均精度（AP）用于衡量模型在单类别目标上的检测能力，其核心是**精确率（Precision）和召回率（Recall）**的平衡：
- 精确率：预测为正样本中实际为正的比例（查准率），公式为 ( P = \frac{TP}{TP + FP} )。
- 召回率：实际正样本中被正确预测的比例（查全率），公式为 ( R = \frac{TP}{TP + FN} )。
  AP通过绘制P-R曲线并计算其下方的面积得到，反映了模型在不同召回率下的平均精度。
mAP（mean Average Precision）
mAP是多个类别AP的平均值，用于衡量模型在整体数据集上的综合性能。例如，若某任务有3个类别（猫、狗、鸟），分别计算每个类别的AP后取平均即得mAP。
AP50
特指在IoU（交并比）阈值为0.5时计算的AP值。IoU衡量预测框与真实框的重叠程度，公式为：
[
\text{IoU} = \frac{\text{预测框与真实框的交集面积}}{\text{预测框与真实框的并集面积}}
]
AP50是一个相对宽松的评价标准，适用于对定位精度要求不高的场景。
AR50
平均召回率（AR）在IoU=0.5时的值。AR衡量模型在所有实际正样本中能检测出的比例，常用于评估模型的“查全能力”。

二、计算方法与差异

AP的计算流程
- 步骤1：对模型输出的检测框按置信度排序。
- 步骤2：在不同置信度阈值下，统计TP（真阳性）、FP（假阳性）、FN（假阴性）。
- 步骤3：绘制P-R曲线，计算曲线下面积（AP）。
- 步骤4：对所有类别AP取平均得mAP。
AP50 vs. mAP50-95
- AP50：仅在IoU=0.5时计算，适用于一般场景。
- mAP50-95：在IoU从0.5到0.95（步长0.05）的10个阈值下计算AP并取平均，更严格且全面，常用于学术论文。
- 示例：若某模型在IoU=0.5时AP为0.8，在IoU=0.75时AP为0.6，则其mAP50-95为各阈值AP的平均值。
AP与AR的互补性
- AP侧重精度：强调“预测的正样本中有多少是对的”。
- AR侧重召回：强调“所有正样本中有多少被检测到”。

三、应用场景与选择建议

AP50的适用场景
- 日常项目开发：如快速验证模型可行性。
- 对定位要求较低的任务：如粗略检测物体位置。
mAP50-95的适用场景
- 学术研究：如COCO数据集的标准评估指标。
- 高精度检测需求：如自动驾驶、医学图像分析。
AR50的意义
- 评估模型在复杂场景下的覆盖率：如密集目标检测（人群计数、交通监控）。

四、实际案例与常见误区

案例：COCO数据集的评价标准
COCO数据集采用mAP50-95作为核心指标，要求模型在多个IoU阈值下表现稳定。例如，YOLO系列模型在COCO上的mAP50-95值通常低于mAP50，但后者更易刷高。
误区与注意事项
- 不同数据集的AP不可直接比较：VOC采用11点插值法，COCO采用平滑曲线法，计算方式不同。
- 高IoU阈值不等于实际需求：若业务场景只需粗略检测（如广告推荐），强行追求高IoU可能浪费算力。