YOLOv4论文解读

论文原文:

https://arxiv.org/pdf/2004.10934.pdf

代码实现:

https://github.com/AlexeyAB/darknet

一、介绍

原文名称:《YOLOv4: Optimal Speed and Accuracy of Object Detection》,可以看出这是一个非常自信的题目,声称YOLOv4在目标检测具有最优的速度和准确率。相比于Joe Redmon的最终作品YOLOv3,Alexey Bochkovskiy为一作的YOLOv4确实取得了非常明显的速度和准确率的提升。笔者认为YOLOv4的提升更多的还是一些工程上的奇技淫巧,将最近几年内提出的用于其他模型的方法结合YOLO进行融汇贯通。从数据增强,模型结构和训练方法等都进行了大量的改进,通过本文也可以了解到最近一些年提出的工程上的最佳实践。
YOLOv4在MS COCO数据集上对比其他模型
上图横轴为效率,纵轴为准确率。效率和准确率都高则会在图中右上部分。在低帧率上,例如EfficientDet能够达到更高的准确率,但是就低于30FPS而言(图中非蓝色部分),达不到实时流畅的程度。所以说YOLOv4在效率和准确率上具有最佳性价比更加贴切。

二、YOLOv4改进

YOLOv4的改进内容十分丰富,但原作者在Introduction部分自述贡献主要包括以下三点:

  1. 提出了一个高效高性能的目标检测模型,确保任何人都可以使用单张传统的GPU便可以训练YOLOv4,例如1080Ti或2080Ti(相比于TITAN V 或者Tesla V100等高端显卡或多张显卡而言)。
  2. 结合最新的BoF(Bag-of-Freebies)和BoS(Bag-of-Specials)方法YOLOv4进行改进。(BoF,一袋免费的商品,比喻的是一些训练方法技巧,加入这些训练方法和技巧,并不会增加模型推理时候的开销,即在模型部署使用时并不会推理更慢或者占用更高的机器性能,但是可能会在训练时多费一些时间和功夫,加入这些方法和技巧肯定能使模型训练的更好,因此比作一袋免
### YOLOv5 详细解读 YOLOv5 是 YOLO 系列目标检测模型的第五代实现,它在速度与精度之间取得了良好的平衡,适用于多种实际应用场景。YOLOv5 提供了多个版本,包括 YOLOv5n、YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l 和 YOLOv5x,这些模型之间的主要区别在于网络的深度(depth_multiple)和宽度(width_multiple),而整体的网络结构保持一致。用户可以根据计算资源和精度需求选择合适的模型版本进行调用和训练。 #### 技术YOLOv5 延续了 YOLO 系列将目标检测视为回归问题的思想,将图像划分为网格单元,每个单元负责预测边界框(bounding box)和类别概率。YOLOv5 的预测过程快速且高效,因为它直接在图像上进行端到端推理,无需复杂的预处理或后处理步骤。此外,YOLOv5 模型具有较强的泛化能力,相比传统的目标检测方法如 DPM 和 R-CNN,YOLOv5 在多种数据集和场景下表现出更优的性能[^2]。 然而,尽管 YOLOv5 在速度上具有显著优势,其检测精度仍然略逊于一些基于区域提议(region proposal)的先进模型。不过,YOLOv5 的设计目标是在实际应用中提供一个快速且足够准确的解决方案,因此它在嵌入式系统、实时视频分析和移动端部署等场景中得到了广泛应用。 #### 模型结构 YOLOv5 的网络结构主要包括以下几个部分: 1. **Backbone**:YOLOv5 使用改进的 CSPDarknet53 作为主干网络,用于提取图像特征。CSP(Cross Stage Partial)结构可以减少计算量并提升模型的泛化能力。 2. **Neck**:YOLOv5 采用了 PANet(Path Aggregation Network)作为特征金字塔网络,用于融合不同层级的特征图,从而提升模型对不同尺度目标的检测能力。 3. **Head**:YOLOv5 的检测头部分负责输出最终的边界框坐标和类别概率。它使用锚框(anchor boxes)机制来预测目标的位置,并通过分类器预测目标的类别。 以下是一个简化版的 YOLOv5 网络结构定义代码片段: ```python # 示例:YOLOv5 网络配置(简化版) class YOLOv5(nn.Module): def __init__(self, num_classes=80): super(YOLOv5, self).__init__() self.backbone = CSPDarknet53() self.neck = PANet() self.head = DetectionHead(num_classes=num_classes) def forward(self, x): features = self.backbone(x) fused_features = self.neck(features) outputs = self.head(fused_features) return outputs ``` #### 训练与推理流程 在训练过程中,YOLOv5 使用多尺度训练策略,即在每次训练迭代中随机选择输入图像的尺寸,从而增强模型对不同尺度目标的适应能力。损失函数由分类损失、定位损失和置信度损失三部分组成,通常使用 CIoU 损失来优化边界框的回归。 在推理阶段,YOLOv5 会输出多个边界框及其对应的类别概率。通过非极大值抑制(NMS)算法去除重叠度较高的冗余预测框,最终得到每个目标的最佳检测结果。 --- ###
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