yolov4原理

博客主要围绕目标检测相关的网络结构展开,重点介绍了CSPNet。详细阐述了CSPNet中的CBM和Res - unit,如CBM1负责下采样2倍,其他CBM改变通道数;Res - unit由特定卷积层构成。还提及后续的SPP、PAN和head,以及CSP模块与下采样的关系。

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目录

1 网络结构

1.1 CSPNet

1.1.1 CBM

1.1.2 Res-unit


1 网络结构


参考深入浅出Yolo系列之Yolov3&Yolov4&Yolov5&Yolox核心基础知识完整讲解_江大白*的博客-优快云博客_yolo讲解

1.1 CSPNet

图中CSP1 表示x=1, 即有1个残差组件Resunit

      CSP2表示x=2, 即有2个残差组件Resunit

      CSP2表示x=8, 即有8个残差组件Resunit

我们先看以CSP1为例:

1.1.1 CBM

假设X= 1

把图中5个CBM编个号,

CBM1 =

 

CBM1 是负责下采样2倍的,Conv中的k表示卷积核大小是3x3, s表示滑动步长,s=2表示把特征图的宽高缩小2倍,BN是批量归一化,Mish是激活函数

CBM2=

 CBM2= 卷积层都是1x1的卷积核,并且步长都为1

而CBM3,CBM4,CBM5和CBM2是一样的,k和s都是1,区别就是卷积层的输出通道数可能有变换,所以每个CSP模块,只有最开始的CBM1是负责下采样2倍,其他的CBM都不会改变特征图的大小,只会改变特征图的通道数。

1.1.2 Res-unit

再看一下Res-unit

 把Resunit中的两个CBM编个号,叫CBM_a,  CBM_b

CBM_a =

 

 

 

CBM_b = 

 

 

CBM_a是卷积核 1x1,且步长为1的卷积层

CBM_b是卷积核 3x3,且步长为1的卷积层

如果是Resunit x 2, 也就是2个残差组件,即CSP2对应的

Resunit x 2 = 

类似Resunit x 8 也是一样的,就是8个残差组件

再看后面的SPP和PAN,以及head

先参考一下YOLOv4网络详解_太阳花的小绿豆的博客-优快云博客_yolov4网络结构图

回头自己在重新绘制一下

下图中的5个DownSample就是上面我们说的5个CSP模块

从上到下 分别对应CSP1 CSP2  CSP8  CSP8 CSP4 

每经过一个CSP模块, 就会下采样两倍

需要学习ubuntu系统上YOLOv4的同学请前往:《YOLOv4目标检测实战:原理与源码解析》 【为什么要学习这门课】 Linux创始人Linus Torvalds有一句名言:Talk is cheap. Show me the code. 冗谈不够,放码过来! 代码阅读是从基础到提高的必由之路。尤其对深度学习,许多框架隐藏了神经网络底层的实现,只能在上层调包使用,对其内部原理很难认识清晰,不利于进一步优化和创新。YOLOv4是最近推出的基于深度学习的端到端实时目标检测方法。YOLOv4的实现darknet是使用C语言开发的轻型开源深度学习框架,依赖少,可移植性好,可以作为很好的代码阅读案例,让我们深入探究其实现原理。【课程内容与收获】 本课程将解析YOLOv4的实现原理和源码,具体内容包括:- YOLOv4目标检测原理- 神经网络及darknet的C语言实现,尤其是反向传播的梯度求解和误差计算- 代码阅读工具及方法- 深度学习计算的利器:BLAS和GEMM- GPU的CUDA编程方法及在darknet的应用- YOLOv4的程序流程- YOLOv4各层及关键技术的源码解析本课程将提供注释后的darknet的源码程序文件。【相关课程】 除本课程《Windows版YOLOv4目标检测原理与源码解析》外,本人推出了有关YOLOv4目标检测的系列课程,包括:《Windows版YOLOv4目标检测实战:训练自己的数据集》《Windows版YOLOv4-Tiny目标检测实战:训练自己的数据集》《Windows版YOLOv4目标检测实战:人脸口罩佩戴检测》《Windows版YOLOv4目标检测实战:中国交通标志识别》建议先学习一门YOLOv4实战课程,对YOLOv4的使用方法了解以后再学习本课程。【YOLOv4网络模型架构图】 下图由白勇老师绘制  
<think>我们被要求回答关于YOLOv5s模型的工作原理和架构的问题。根据提供的引用内容,我们可以整理出以下信息:1.YOLOv5s的网络架构由yolov5s.yaml文件定义,其中包含两个重要的缩放因子:depth_multiple(深度因子)和width_multiple(宽度因子)。-对于yolov5s,depth_multiple=0.33,width_multiple=0.50。-这些因子用于调整模型的深度(层数)和宽度(通道数),以实现模型大小的缩放。2.YOLOv5在v5.0版本中使用nn.SiLU()激活函数替换了之前版本中的nn.LeakyReLU(0.1)和nn.Hardswish()。这样做的目的是简化架构,统一使用一种激活函数。3.在导出模型到ONNX格式时,需要使用shape_inference来推断张量形状,并保存以得到包含BN(BatchNormalization)层的ONNX模型。我们将结合这些引用信息以及我们对YOLO模型的一般知识来回答用户的问题。YOLOv5s是YOLOv5系列中最小的模型,适用于资源受限的场景。它基于单阶段目标检测框架,将目标检测视为一个回归问题,直接从图像中预测边界框和类别概率。###YOLOv5s模型架构详解YOLOv5s的架构可以分为四个主要部分:1.**输入处理**:图像输入尺寸默认为640x640,在训练时使用了Mosaic数据增强、自适应锚框计算等策略。2.**Backbone(主干网络)**:用于提取图像特征。YOLOv5s使用CSPDarknet53(CrossStagePartialDarknet53)作为主干网络,但是与YOLOv4不同,它采用了Focus结构和C3模块。3.**Neck(特征融合网络)**:用于融合不同尺度的特征。YOLOv5s使用PANet(PathAggregationNetwork)结构,结合FPN(FeaturePyramidNetwork)进行多尺度特征融合。4.**Head(检测头)**:生成预测结果。YOLOv5s使用三个不同尺度的检测头(分别对应大、中、小目标)进行预测。####Backbone部分详解-**Focus结构**:该结构首先将输入图像进行切片操作(将相邻像素分成不同的通道),从而在不损失信息的情况下将空间信息转移到通道维度,然后进行卷积操作。例如,输入为3x640x640的图像,经过切片操作后变成12x320x320(因为每个2x2的相邻区域被分成4个位置,所以通道数变为3*4=12),再通过卷积层减少通道数。-**C3模块**:C3模块是CSP结构的一种改进,它由多个Bottleneck模块组成,并且采用了跨阶段部分连接,减少计算量的同时保持性能。每个C3模块包含多个Bottleneck模块,其数量由depth_multiple控制。####Neck部分详解YOLOv5s的Neck部分采用FPN+PAN的结构。FPN自顶向下传递语义信息,PAN自底向上传递位置信息,两者结合可以更好地融合不同尺度的特征。####Head部分详解YOLOv5s有三个检测头,分别对应80x80、40x40和20x20的特征图(相对于输入640x640,下采样8倍、16倍、32倍)。每个检测头会预测边界框(包含中心坐标、宽高和置信度)以及类别概率。####缩放因子-**depth_multiple(深度因子)**:用于控制Bottleneck模块的重复次数。例如,yolov5s.yaml中某个模块的重复次数n=3,那么实际重复次数为n*depth_multiple=3*0.33≈1,即重复1次。-**width_multiple(宽度因子)**:用于控制卷积层的输出通道数。例如,某个卷积层的输出通道数为c,则实际输出通道数为c*width_multiple。###YOLOv5s的工作原理1.**输入图像**:输入图像被调整为640x640大小。2.**特征提取**:图像经过Backbone(包括Focus、卷积层、C3模块等)提取不同尺度的特征图。3.**特征融合**:在Neck部分,通过FPN和PAN结构对特征进行多尺度融合。4.**预测输出**:三个检测头分别在不同尺度的特征图上进行预测,每个预测包含边界框(4个坐标值)、置信度(1个值)和类别概率(80类,以COCO数据集为例)。5.**损失函数**:YOLOv5使用GIoU损失(边界框回归)、二值交叉熵(置信度和类别)作为损失函数。###激活函数在YOLOv5-v5.0及之后的版本中,激活函数统一使用SiLU(Sigmoid-weightedLinearUnit),即$f(x)=x\cdot\sigma(\betax)$,其中$\beta$通常为1,所以就是$x\cdot\text{sigmoid}(x)$。这种激活函数在计算效率和性能上都有优势。###模型导出在导出模型到ONNX格式时,需要处理BatchNormalization层。引用[3]中提到,为了得到包含BN层的ONNX模型,可以使用ONNX的shape_inference工具进行形状推断。###总结YOLOv5s是一种轻量级的目标检测模型,它通过深度因子和宽度因子控制模型的大小,同时采用CSPDarknet53作为主干,FPN+PAN作为特征融合网络,以及三个检测头进行多尺度预测。其激活函数使用SiLU,训练时采用多种数据增强技术。§§相关问题§§1.YOLOv5s与其他版本(如m,l,x)有何区别?2.为什么YOLOv5使用SiLU激活函数?它有什么优点?3.YOLOv5s在训练时使用了哪些数据增强技术?4.YOLOv5s的输出解码过程是怎样的?</think> ### YOLOv5s模型原理及架构详解 #### 🧠 核心原理 YOLOv5s基于单阶段目标检测框架,核心思想是**单次前向传播即可实现目标定位与分类**。它将输入图像划分为网格(如$20\times 20$、$40\times 40$、$80\times 80$),每个网格单元直接预测边界框(box)、置信度(confidence)和类别概率,实现端到端检测[^1]。 #### 📐 架构组成 YOLOv5s由三部分组成(以640×640输入为例): ```mermaid graph TD A[Input 640x640x3] --> B[Backbone] B --> C[Neck] C --> D[Head] ``` 1. **Backbone(主干网络)** - **Focus层**:切片操作将通道数×4(3→12通道),提升特征密度 - **CSPNet结构**:跨阶段局部网络,减少计算量 - 基础模块:$1\times1$卷积 + **SiLU激活函数**(v5.0起统一使用[^2]) - 深度控制:`depth_multiple=0.33`(层数缩放因子) - **SPPF层**:空间金字塔池化,融合多尺度特征 2. **Neck(特征融合)** - **FPN+PAN结构**: - FPN自上而下传递语义信息 - PAN自下而上传递位置信息 - 通道控制:`width_multiple=0.5`(通道数缩放因子) 3. **Head(检测头)** - **三尺度输出**: - P3/8 (80×80):检测小目标 - P4/16 (440):检测中目标 - P5/32 (20×20):检测大目标 - 每个输出层预测:$\text{box}(x,y,w,h) + \text{confidence} + \text{class\_probs}$ #### ⚙️ 关键参数配置(yolov5s.yaml) | 参数 | 值 | 作用 | |------|----|------| | `depth_multiple` | 0.33 | 控制C3模块重复次数 | | `width_multiple` | 0.50 | 控制卷积通道数 | | 激活函数 | SiLU | $x \cdot \text{sigmoid}(x)$[^2] | #### 🔬 工作原理示例 1. **输入处理**:640×640图像切片后→320×320×12 2. **特征提取**:经过4级C3模块(深度压缩至原计划的33%) 3. **多尺度融合**:FPN+PAN融合80/40/20分辨率特征 4. **预测解码**: - 边界框计算:$b_x = \sigma(t_x) + c_x$ - 置信度计算:$\text{conf} = \sigma(t_o)$ #### ⚡️ 性能优化特性 - **轻量化设计**:通道数压缩50%(vs YOLOv5l) - **激活函数统一**:SiLU替代LeakyReLU+Hardswish组合,简化计算[^2] - **ONNX导出**:通过shape_inference保留BN层结构[^3] 模型完整计算流程: $$\text{Input} \xrightarrow{\text{Focus}} \text{CSPNet} \xrightarrow{\text{FPN+PAN}} \text{3-scale Head} \rightarrow \text{Output}$$ #### 🏁 总结 YOLOv5s通过深度/宽度压缩实现轻量化,结合多尺度特征融合与网格化预测,在保持精度的同时显著降低计算量。其架构设计平衡了速度与精度,适用于移动端和边缘设备部署。
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