yolov5详解（一）：网络结构

news2024/9/21 2:34:52

1. 完整的网络结构

以下是参考b站上作者以及yolov5官方代码画出的yolov5l v6.0版本的模型结构，v6.0版本的模型结构是目前yolov5版本的稳定版本，想必以后也不会有什么改变。l,m,n,s,x只是有些层以及输出通道数变化，整体架构是完全一样的，因此我们只拿一个l模型来说。其他的就不在一一介绍了。
https://www.bilibili.com/video/BV1zB4y1L7Ay/?p=2&vd_source=f2dd6b8571e0ba116897678fab0fb319
在这里插入图片描述

从上图可以看出，模型主要分为三个部分：
backbone:主要用于图片的特征提取；
neck:主要对特征图进行多尺度融合，传给detect层；
detect:用来预测最终结果。
其中neck和detect部分被统一称作为head模块。

接下来对图中各个标识做一下说明：
**0,1,2,…,22,23:**每一层编号；
**P1,P2,P3,P4,P5:代表不同特征金字塔层，特征图相对于原图尺寸缩减了多少倍，比如P4就是24 = 16倍，在yaml文件里用P4/16；
**ConvBNSiLU:**代表conv2d + batchnorm + silu；
k1,s1,p0,c64:代表conv2d的参数，kernelsize,stride,padding,out_channels;
C3: 代表C3层，csp的变形，是整个yolov5的核心层，可以提升网络的深度（残差结构），减少模型参数（我的理解是在不改变输入输出通道的状态下，通过使用卷积将通道数减半分两条分支，一条分支做特征提取，另一条分支保留原来信息，然后contact来实现）；
bottleneck: C3中重复的模块，分为残差结构（shortcut=True）,非残差结构（shortcut=False）；
SPPF:是SPP（空间金字塔池化）的升级版，保留了SPP的性能，运算效率得到提升，所以叫SPP-Faster，yolo中的作用主要是实现局部特征和全局特征的featherMap级别的融合，还是为了不同尺度的特征融合；
PAN: PAN结构为自下而上到自上而下的特征金字塔，目的不同尺度的特征融合。

2 不同模块的代码

在yolov5中不同模块的结构代码定义在common.py中

ConvBNSiLU 模块
这里代码很简单，没有什么要解释的

# 1. ConvBNSiLU module
class Conv(nn.Module):
    """ yolov5 中最常见的卷积模块，也就是ConvBNSiLU 模块 """

    def __init__(self, c1, c2, k=1, s=1, p=None, g=1, act=True): # ch_in, ch_out, kernel, stride, padding, groups
        super().__init__()
        self.conv = nn.Conv2d(c1, c2, k, s, autopad(k, p), groups=g, bias=False)
        self.bn = nn.BatchNorm2d(c2)
        self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())

    def forward(self, x):
        return self.act(self.bn(self.conv(x)))

    def forward_fuse(self, x):
        return self.act(self.conv(x))

C3, bottleneck 模块
对着模型结构图看，也很简单，主要解释一下C3层重复的是其中bottleneck层

# 2. C3, bottleneck

class Bottleneck(nn.Module):
    # Standard bottleneck
    def __init__(self, c1, c2, shortcut=True, g=1, e=0.5):  # ch_in, ch_out, shortcut, groups, expansion
        super().__init__()
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, 1, 1)
        self.cv2 = Conv(c_, c2, 3, 1, g=g)
        self.add = shortcut and c1 == c2

    def forward(self, x):
        return x + self.cv2(self.cv1(x)) if self.add else self.cv2(self.cv1(x))


class C3(nn.Module):
    """ 贯彻整个模型的最主要的结构，有两种C3 结构，一个是shortcut=True的形式，一个是为False的形式，具体看一下模型结构示意图 """

    def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=True, g=1, e=0.5):  # ch_in, ch_out, number, shortcut, groups, expansion
        super().__init__()
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, 1, 1)
        self.cv2 = Conv(c1, c_, 1, 1)
        self.cv3 = Conv(2 * c_, c2, 1)  # act=FReLU(c2)
        self.m = nn.Sequential(*[Bottleneck(c_, c_, shortcut, g, e=1.0) for _ in range(n)])
        # self.m = nn.Sequential(*[CrossConv(c_, c_, 3, 1, g, 1.0, shortcut) for _ in range(n)])

    def forward(self, x):
        return self.cv3(torch.cat((self.m(self.cv1(x)), self.cv2(x)), dim=1))

SPPF
不做过多解释

# 3. SPPF
class SPPF(nn.Module):
    # Spatial Pyramid Pooling - Fast (SPPF) layer for YOLOv5 by Glenn Jocher
    def __init__(self, c1, c2, k=5):  # equivalent to SPP(k=(5, 9, 13))
        super().__init__()
        c_ = c1 // 2  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, 1, 1)
        self.cv2 = Conv(c_ * 4, c2, 1, 1)
        self.m = nn.MaxPool2d(kernel_size=k, stride=1, padding=k // 2)

    def forward(self, x):
        x = self.cv1(x)
        with warnings.catch_warnings():
            warnings.simplefilter('ignore')  # suppress torch 1.9.0 max_pool2d() warning
            y1 = self.m(x)
            y2 = self.m(y1)
            return self.cv2(torch.cat([x, y1, y2, self.m(y2)], 1))

Concat

# 4. Concat
class Concat(nn.Module):
    # Concatenate a list of tensors along dimension
    """ 模型结构中的concat层，基本是把通道拼接在一起"""
    def __init__(self, dimension=1):
        super().__init__()
        self.d = dimension

    def forward(self, x):
        return torch.cat(x, self.d)