YOLOv5结合MobileNetV3-small与MobileNetV3-large

本文对比分析了MobileNetV3-small与MobileNetV3-large两种架构与YOLOv5融合的方法,详细介绍了这两种配置下网络的具体结构与参数设定,包括卷积层、上采样层、特征融合层等,并探讨了它们之间的性能差异。

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网上有很多代码都是结合MobileNetV3-small-YOLOv5,结合MobileNetV3-large代码不全,他们区别在于yaml文件中head中concat连接不同,深度因子和宽度因子不同

MobileNetV3-small-YOLOv5

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 20  # number of classes
depth_multiple: 1.0  # model depth multiple
width_multiple: 1.0  # layer channel multiple
anchors:
  - [10,13, 16,30, 33,23]  # P3/8
  - [30,61, 62,45, 59,119]  # P4/16
  - [116,90, 156,198, 373,326]  # P5/32

# YOLOv5 v6.0 backbone
backbone:
  # MobileNetV3-small 11层
  # [from, number, module, args]
  # MobileNet_Block: [out_ch, hidden_ch, kernel_size, stride, use_se, use_hs]
  # hidden_ch表示在Inverted residuals中的扩张通道数
  # use_se 表示是否使用 SELayer, use_hs 表示使用 h_swish 还是 ReLU
  [[-1, 1, conv_bn_hswish, [16, 2]],                 # 0-p1/2
   [-1, 1, MobileNet_Block, [16,  16, 3, 2, 1, 0]],  # 1-p2/4
   [-1, 1, MobileNet_Block, [24,  72, 3, 2, 0, 0]],  # 2-p3/8
   [-1, 1, MobileNet_Block, [24,  88, 3, 1, 0, 0]],  # 3-p3/8
   [-1, 1, MobileNet_Block, [40,  96, 5, 2, 1, 1]],  # 4-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [40, 240, 5, 1, 1, 1]],  # 5-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [40, 240, 5, 1, 1, 1]],  # 6-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [48, 120, 5, 1, 1, 1]],  # 7-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [48, 144, 5, 1, 1, 1]],  # 8-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [96, 288, 5, 2, 1, 1]],  # 9-p5/32
   [-1, 1, MobileNet_Block, [96, 576, 5, 1, 1, 1]],  # 10-p5/32
   [-1, 1, MobileNet_Block, [96, 576, 5, 1, 1, 1]],  # 11-p5/32
  ]

# YOLOv5 v6.0 head
head:
  [[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 8], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P4
   [-1, 1, C3, [256, False]],  # 15

   [-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 3], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P3
   [-1, 1, C3, [128, False]],  # 19 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],
   [[-1, 16], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 1, C3, [256, False]],  # 22 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 12], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 1, C3, [512, False]],  # 25 (P5/32-large)

   [[19, 22, 25], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

注意由于 MobileNetV3-small作为主干网格参数很少,这里宽度因子和深度因子可以设置为1,且head部分通道数缩减,最初的作者可能想进一步轻量化

MobileNetV3-large

# Parameters
nc: 20  # number of classes
depth_multiple: 1.0  # model depth multiple
width_multiple: 1.0  # layer channel multiple
anchors:
  - [10,13, 16,30, 33,23]  # P3/8
  - [30,61, 62,45, 59,119]  # P4/16
  - [116,90, 156,198, 373,326]  # P5/32

# YOLOv5 v6.0 backbone
backbone:
  # MobileNetV3-small 11层
  # [from, number, module, args]
  # MobileNet_Block: [out_ch, hidden_ch, kernel_size, stride, use_se, use_hs]
  # hidden_ch表示在Inverted residuals中的扩张通道数
  # use_se 表示是否使用 SELayer, use_hs 表示使用 h_swish 还是 ReLU
  # MobileNetV3-large
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, conv_bn_hswish, [16, 2]],                   # 0-p1/2
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 16,  16, 3, 1, 0, 0]],  # 1-p1/2
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 24,  64, 3, 2, 0, 0]],  # 2-p2/4
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 24,  72, 3, 1, 0, 0]],  # 3-p2/4
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 40,  72, 5, 2, 1, 0]],  # 4-p3/8
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 40, 120, 5, 1, 1, 0]],  # 5-p3/8
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 40, 120, 5, 1, 1, 0]],  # 6-p3/8
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 80, 240, 3, 2, 0, 1]],  # 7-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 80, 200, 3, 1, 0, 1]],  # 8-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 80, 184, 3, 1, 0, 1]],  # 9-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [ 80, 184, 3, 1, 0, 1]],  # 10-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [112, 480, 3, 1, 1, 1]],  # 11-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [112, 672, 3, 1, 1, 1]],  # 12-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [160, 672, 5, 1, 1, 1]],  # 13-p4/16
   [-1, 1, MobileNet_Block, [160, 960, 5, 2, 1, 1]],  # 14-p5/32   原672改为原算法960
   [-1, 1, MobileNet_Block, [160, 960, 5, 1, 1, 1]],  # 15-p5/32
  ]
# YOLOv5 v6.0 head
head:
  [ [ -1, 1, Conv, [ 256, 1, 1 ] ],
    [ -1, 1, nn.Upsample, [ None, 2, 'nearest' ] ],
    [ [ -1, 13], 1, Concat, [ 1 ] ],  # cat backbone P4
    [ -1, 1, C3, [ 256, False ] ],  # 13

    [ -1, 1, Conv, [ 128, 1, 1 ] ],
    [ -1, 1, nn.Upsample, [ None, 2, 'nearest' ] ],
    [ [ -1, 6 ], 1, Concat, [ 1 ] ],  # cat backbone P3
    [ -1, 1, C3, [ 128, False ] ],  # 17 (P3/8-small)

    [ -1, 1, Conv, [ 128, 3, 2 ] ],
    [ [ -1, 20 ], 1, Concat, [ 1 ] ],  # cat head P4
    [ -1, 1, C3, [ 256, False ] ],  # 20 (P4/16-medium)

    [ -1, 1, Conv, [ 256, 3, 2 ] ],
    [ [ -1, 16 ], 1, Concat, [ 1 ] ],  # cat head P5
    [ -1, 1, C3, [ 512, False ] ],  # 23 (P5/32-large)

    [ [ 23, 26, 29 ], 1, Detect, [ nc, anchors ] ],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

MobileNetV3-large模型比MobileNetV3-small多了更多的MobileNet_Block结构,残差倒置结构中通道数维度也增大了许多,速度比YOLOv5s慢将近一半,但是参数变少,效果介乎MobileNetV3-small和YOLOv5s之间,可以作为模型对比,凸显自己模型优势

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何将MobileNetV3YOLOv5s模型结合使用的问题。首先,我需要仔细理解用户的需求。用户可能正在尝试优化YOLOv5s的性能,可能是在移动端或资源受限的环境下部署目标检测模型,所以需要更轻量级的骨干网络。MobileNetV3以其高效著称,适合这样的场景。 接下来,我需要回顾现有的知识。根据用户提供的引用,特别是引用[1][2],里面提到了替换YOLOv5/v7的骨干网络为MobileNetV3的具体步骤,包括选择架构、修改代码、训练模型等。不过用户这里问的是YOLOv5s,需要确认YOLOv5s的结构是否YOLOv5/v7类似,以便步骤可以通用。 然后,我需要考虑如何具体实施。首先,用户可能需要修改YOLOv5s的模型定义文件,通常是yolov5s.yaml,将原有的CSPDarknet53替换为MobileNetV3的结构。这里需要确保MobileNetV3的输出特征图原来的CSPDarknet53在尺寸通道数上兼容,否则后面的Neck部分(如FPN+PAN)可能无法正常工作。 另外,代码实现部分可能需要导入MobileNetV3的预训练模型,或者根据PyTorch的实现来构建。例如,使用torchvision中的MobileNetV3模型,或者自定义一个。需要注意不同版本(Large/Small)的选择,以及是否使用预训练权重,这会影响训练效果速度。 然后,思考可能的代码修改部分。YOLOv5的模型结构通常在models/yolo.pymodels/common.py中定义。用户需要替换Backbone部分,可能需要调整特征提取层的输出,确保后续的Neck连接正确。例如,MobileNetV3的输出可能在不同的阶段有不同的特征图,需要选取合适的层作为YOLO的输入。 还需要考虑参数配置,比如宽度因子(width multiplier)分辨率,这些会影响模型的大小计算量。用户可能希望调整这些参数来平衡速度精度。 接着,考虑训练过程中的注意事项。替换骨干网络后,可能需要调整学习率、数据增强等超参数,因为不同网络的训练特性可能不同。此外,加载预训练的MobileNetV3权重可能有助于加快收敛,但需要确保权重修改后的结构兼容。 另外,用户可能需要示例代码。根据引用中的信息,引用[1]提到了完整代码实现,但用户提供的引用中没有具体代码。因此,我需要参考YOLOv5的官方代码结构MobileNetV3的实现,给出一个修改的示例,比如在YOLOv5的配置文件中替换backbone部分,并在代码中导入MobileNetV3模块。 还要注意潜在的问题,例如特征图通道数不匹配的问题。例如,原YOLOv5s的Backbone输出可能具有特定数量的通道,而MobileNetV3的输出可能不同,这需要在Neck部分进行调整,可能需要添加额外的卷积层来调整通道数。 最后,需要验证修改后的模型是否正确,可以通过打印模型结构或运行前向传播检查特征图的尺寸是否正确。此外,用户可能需要知道如何训练评估修改后的模型,引用中提到的步骤可能需要详细展开,比如数据准备、训练命令等。 总结步骤大致如下: 1. 选择合适的MobileNetV3架构并导入到YOLOv5代码中。 2. 修改YOLOv5的配置文件,替换Backbone为MobileNetV33. 调整Neck部分的输入通道数以匹配MobileNetV3的输出。 4. 加载预训练权重(如果有)并进行训练。 5. 评估模型性能,进行必要的调优。 现在需要将这些步骤转化为具体的操作指南示例代码,确保用户能够跟随实施。同时,回答中需要引用用户提供的引用资料,比如引用[1][2]中的步骤。可能还需要提到EMA机制(引用[3])作为可能的进一步优化手段,但用户当前问题可能不需要,所以放在相关问题中。 在生成示例代码时,需要确保语法正确,并且符合YOLOv5的结构。例如,使用YOLOv5的模型定义方式,将MobileNetV3作为Backbone,并在配置文件中指定。同时,可能需要自定义MobileNetV3的Wrapper,以便输出符合YOLO需要的多尺度特征图。 最后,生成相关问题,可能涉及性能分析、优化方法、应用场景等,如用户示例中的结构。</think>以下是将MobileNetV3YOLOv5s结合的详细实现步骤及示例代码: --- ### 一、实现方式 #### 1. 核心思路 将YOLOv5s原有CSPDarknet53骨干网络替换为MobileNetV3,利用其轻量级特性提升模型运行效率[^2]。需注意特征层通道匹配多尺度特征提取需求。 #### 2. 实现步骤 1. **选择MobileNetV3变体** - 推荐使用MobileNetV3-Small(更轻量)或MobileNetV3-Large(更高精度) - 通过`torchvision.models`导入预训练模型 2. **修改模型配置文件** 修改`models/yolov5s.yaml`: ```yaml backbone: # [from, repeats, module, args] [[-1, 1, MobileNetV3, {&#39;arch&#39;: &#39;small&#39;, &#39;pretrained&#39;: True}], # 0 [-1, 1, SPPF, [1024, 5]], # 1 ] ``` 3. **自定义Backbone模块** 在`models/common.py`中添加: ```python class MobileNetV3(nn.Module): def __init__(self, arch=&#39;small&#39;, pretrained=True): super().__init__() from torchvision.models import mobilenet_v3_small, mobilenet_v3_large if arch == &#39;small&#39;: base = mobilenet_v3_small(pretrained=pretrained) self.features = base.features[:7] # 提取前7层特征 self.out_channels = [24, 48, 96] # 对应三个尺度特征图通道数 else: base = mobilenet_v3_large(pretrained=pretrained) self.features = base.features[:13] self.out_channels = [24, 64, 160] def forward(self, x): outputs = [] for i, layer in enumerate(self.features): x = layer(x) if i in [3, 6, 12]: # 不同架构需调整索引位置 outputs.append(x) return outputs ``` 4. **调整Neck层参数** 修改Head部分输入通道数: ```yaml head: [[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]], # 调整输入通道匹配 [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, &#39;nearest&#39;]], [[-1, 6], 1, Concat, [1]], # 修改连接层索引 ] ``` --- ### 二、示例代码 #### 完整训练流程 ```python # train.py 启动参数 python train.py --cfg models/yolov5s_mobilenetv3.yaml \ --weights &#39;&#39; \ --data coco.yaml \ --batch-size 64 \ --img 640 ``` #### 关键代码文件 `models/yolov5s_mobilenetv3.yaml`: ```yaml # YOLOv5 🚀 by Ultralytics # Parameters nc: 80 # 类别数 depth_multiple: 0.33 # 深度系数 width_multiple: 0.50 # 宽度系数 # 主干网络配置 backbone: [[-1, 1, MobileNetV3, {&#39;arch&#39;: &#39;small&#39;}], # 0-P1/2 [-1, 1, SPPF, [256, 5]], # 1-P2/4 [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]], # 2-P3/8 [-1, 3, C3, [512]], # 3 [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]], # 4-P4/16 [-1, 3, C3, [1024]], # 5 [-1, 1, Conv, [2048, 3, 2]], # 6-P5/32 [-1, 1, SPPF, [2048, 5]], # 7 ] # Head配置 head: [[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]], [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, &#39;nearest&#39;]], [[-1, 3], 1, Concat, [1]], [-1, 3, C3, [512, False]], # ...保持原有Head结构 ] ``` --- ### 三、关键注意事项 1. **特征图对齐** MobileNetV3输出特征层需YOLO Neck层的输入通道数匹配,可通过1×1卷积调整通道数[^1] 2. **预训练权重加载** ```python # 在common.py中初始化时加载预训练权重 if pretrained: state_dict = load_state_dict_from_url(model_urls[arch]) self.load_state_dict(state_dict, strict=False) ``` 3. **EMA优化(可选)** 可参考EMA机制改进训练稳定性[^3]: ```python # 在train.py中添加 from models.ema import ModelEMA ema = ModelEMA(model) ``` ---
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