1.命令行参数介绍
YOLO v7参数与YOLO v5差不多，我就直接将YOLO v5命令行参数搬过来了，偷个懒
--weights:初始权重
--cfg:模型配置文件
--data:数据配置文件
--hyp:学习率等超参数文件
--epochs:迭代次数
-imgsz：图像大小
--rect：长方形训练策略，不resize成正方形,使用灰条进行图片填充,防止图片失真
--resume:恢复最近的培训,从last.pt开始
--nosave:只保存最后的检查点
--noval：仅在最后一次epochs进行验证
--noautoanchor：禁用AutoAnchor
--noplots：不保存打印文件
--evolve：为x个epochs进化超参数
--bucket:上传操作,这个参数是 yolov5 作者将一些东西放在谷歌云盘，可以进行下载
--cache:在ram或硬盘中缓存数据
--image-weights:测试过程中，图像的那些测试地方不太好，对这些不太好的地方加权重
--single-cls：单类别标签置0
--device：gpu设置
--multi-scale:改变img大小+/-50%,能够被32整除
--optimizer:学习率优化器
--sync-bn：使用SyncBatchNorm，仅在DDP模式中支持，跨gpu时使用
--workers:最大 dataloader 的线程数 (per RANK in DDP mode)
--project：保存文件的地址
--name：保存日志文件的名称
--exist-ok:对项目名字是否进行覆盖
--quad:在dataloader时采用什么样的方式读取我们的数据,1280的大图像可以指定
--cos-lr:余弦学习率调度
--label-smoothing：
--patience：经过多少个epoch损失不再下降，就停止迭代
--freeze：迁移学习，冻结训练
--save-period：每x个周期保存一个检查点（如果＜1，则禁用）
--seed：随机种子
--local_rank：gpu编号
--entity:可视化访问信息
--quad:
四元数据加载器是我们认为的一个实验性功能，它可能允许在较低 --img 尺寸下进行更高 --img 尺寸训练的一些好处。
此四元整理功能会将批次从 16x3x640x640 重塑为 4x3x1280x1280，这不会产生太大影响 本身，因为它只是重新排列批次中的马赛克，
但有趣的是允许批次中的某些图像放大 2 倍（每个四边形中的 4 个马赛克中的一个放大 2 倍，其他 3 个马赛克被删除）
2.训练策略
ema：移动平均法,在更新参数的时候我们希望更平稳一些,考虑的步骤更多一些。公式为:
,当系数为时，相当于考虑步更新的梯度，YOLO v7默认
为0.999，相当于考虑1000步更新的梯度
3.网络结构
E-ELAN：
如下图所示，配置文件的部分就是E-ELAN模块，有四条路径，分别经过1个卷积、1个卷积、3个卷积和5个卷积，其中有3条路径共享了特征图。最后，对四条路径的特征图进行拼接。经过E-ELAN后，相较于输入，特征图通道数加倍。
MPCONV：
对于MPconv,也分为两条路径，一条经过Maxpooling层，另一条路径经过卷积进行下采样，可以理解为综合考虑卷积和池化的下采样结果，以提升性能。最后，对特征图进行拼接。
SPPCSPC：
YOLO v7还是采用了SPP的思想，首先对特征图经过3次卷积，然后分别经过55,99,1313的池化，需要注意的是，将55与99最大池化的特征图进行ADD操作，与1313和原特征图进行拼接，经过不同kenel_size的池化，实现了对不同感受野的特征融合。然后再经过2次卷积，与经过一次卷积的特征图进行拼接。
代码如下:
class SPPCSPC(nn.Module):
# CSP https://github.com/WongKinYiu/CrossStagePartialNetworks
def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=False, g=1, e=0.5, k=(5, 9, 13)):
super(SPPCSPC, self).__init__()
c_ = int(2 * c2 * e) # hidden channels
self.cv1 = Conv(c1, c_, 1, 1)
self.cv2 = Conv(c1, c_, 1, 1)
self.cv3 = Conv(c_, c_, 3, 1)
self.cv4 = Conv(c_, c_, 1, 1)
self.m = nn.ModuleList([nn.MaxPool2d(kernel_size=x, stride=1, padding=x // 2) for x in k])
self.cv5 = Conv(4 * c_, c_, 1, 1)
self.cv6 = Conv(c_, c_, 3, 1)
self.cv7 = Conv(2 * c_, c2, 1, 1)
def forward(self, x):
x1 = self.cv4(self.cv3(self.cv1(x)))
y1 = self.cv6(self.cv5(torch.cat([x1] + [m(x1) for m in self.m], 1)))
y2 = self.cv2(x)
return self.cv7(torch.cat((y1, y2), dim=1))
PAN：
yolo v7还是采用了YOLO v5的PAN，经过SPPCSPC层后的特征图不断进行上采样，并与低层信息进行融合，实现了低层信息和高层信息的特征融合，然后进行下采样，与低层进行特征融合，实现了高层信息与低层信息的特征融合。
HEAD:
head部分首先经过一层repconv，由3条路径组成，1层11的卷积、1层33的卷积和1层BN层。 经过repconv后，经过输出层输出结果
代码如下:
class RepConv(nn.Module):
# Represented convolution
# https://arxiv.org/abs/2101.03697
def __init__(self, c1, c2, k=3, s=1, p=None, g=1, act=True, deploy=False):
super(RepConv, self).__init__()
self.deploy = deploy
self.groups = g
self.in_channels = c1
self.out_channels = c2
assert k == 3
assert autopad(k, p) == 1
padding_11 = autopad(k, p) - k // 2
self.act = nn.SiLU() if act is True else (act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity())
if deploy:
self.rbr_reparam = nn.Conv2d(c1, c2, k, s, autopad(k, p), groups=g, bias=True)
else:
self.rbr_identity = (nn.BatchNorm2d(num_features=c1) if c2 == c1 and s == 1 else None)
self.rbr_dense = nn.Sequential(
nn.Conv2d(c1, c2, k, s, autopad(k, p), groups=g, bias=False),
nn.BatchNorm2d(num_features=c2),
)
self.rbr_1x1 = nn.Sequential(
nn.Conv2d( c1, c2, 1, s, padding_11, groups=g, bias=False),
nn.BatchNorm2d(num_features=c2),
)
def forward(self, inputs):
if hasattr(self, "rbr_reparam"):
return self.act(self.rbr_reparam(inputs))
if self.rbr_identity is None:
id_out = 0
else:
id_out = self.rbr_identity(inputs)
return self.act(self.rbr_dense(inputs) + self.rbr_1x1(inputs) + id_out)
def get_equivalent_kernel_bias(self):
kernel3x3, bias3x3 = self._fuse_bn_tensor(self.rbr_dense)
kernel1x1, bias1x1 = self._fuse_bn_tensor(self.rbr_1x1)
kernelid, biasid = self._fuse_bn_tensor(self.rbr_identity)
return (
kernel3x3 + self._pad_1x1_to_3x3_tensor(kernel1x1) + kernelid,
bias3x3 + bias1x1 + biasid,
)
def _pad_1x1_to_3x3_tensor(self, kernel1x1):
if kernel1x1 is None:
return 0
else:
return nn.functional.pad(kernel1x1, [1, 1, 1, 1])
def _fuse_bn_tensor(self, branch):
if branch is None:
return 0, 0
if isinstance(branch, nn.Sequential):
kernel = branch[0].weight
running_mean = branch[1].running_mean
running_var = branch[1].running_var
gamma = branch[1].weight
beta = branch[1].bias
eps = branch[1].eps
else:
assert isinstance(branch, nn.BatchNorm2d)
if not hasattr(self, "id_tensor"):
input_dim = self.in_channels // self.groups
kernel_value = np.zeros(
(self.in_channels, input_dim, 3, 3), dtype=np.float32
)
for i in range(self.in_channels):
kernel_value[i, i % input_dim, 1, 1] = 1
self.id_tensor = torch.from_numpy(kernel_value).to(branch.weight.device)
kernel = self.id_tensor
running_mean = branch.running_mean
running_var = branch.running_var
gamma = branch.weight
beta = branch.bias
eps = branch.eps
std = (running_var + eps).sqrt()
t = (gamma / std).reshape(-1, 1, 1, 1)
return kernel * t, beta - running_mean * gamma / std
def repvgg_convert(self):
kernel, bias = self.get_equivalent_kernel_bias()
return (
kernel.detach().cpu().numpy(),
bias.detach().cpu().numpy(),
)
def fuse_conv_bn(self, conv, bn):
std = (bn.running_var + bn.eps).sqrt()
bias = bn.bias - bn.running_mean * bn.weight / std
t = (bn.weight / std).reshape(-1, 1, 1, 1)
weights = conv.weight * t
bn = nn.Identity()
conv = nn.Conv2d(in_channels = conv.in_channels,
out_channels = conv.out_channels,
kernel_size = conv.kernel_size,
stride=conv.stride,
padding = conv.padding,
dilation = conv.dilation,
groups = conv.groups,
bias = True,
padding_mode = conv.padding_mode)
conv.weight = torch.nn.Parameter(weights)
conv.bias = torch.nn.Parameter(bias)
return conv
def fuse_repvgg_block(self):
if self.deploy:
return
print(f"RepConv.fuse_repvgg_block")
self.rbr_dense = self.fuse_conv_bn(self.rbr_dense[0], self.rbr_dense[1])
self.rbr_1x1 = self.fuse_conv_bn(self.rbr_1x1[0], self.rbr_1x1[1])
rbr_1x1_bias = self.rbr_1x1.bias
weight_1x1_expanded = torch.nn.functional.pad(self.rbr_1x1.weight, [1, 1, 1, 1])
# Fuse self.rbr_identity
if (isinstance(self.rbr_identity, nn.BatchNorm2d) or isinstance(self.rbr_identity, nn.modules.batchnorm.SyncBatchNorm)):
# print(f"fuse: rbr_identity == BatchNorm2d or SyncBatchNorm")
identity_conv_1x1 = nn.Conv2d(
in_channels=self.in_channels,
out_channels=self.out_channels,
kernel_size=1,
stride=1,
padding=0,
groups=self.groups,
bias=False)
identity_conv_1x1.weight.data = identity_conv_1x1.weight.data.to(self.rbr_1x1.weight.data.device)
identity_conv_1x1.weight.data = identity_conv_1x1.weight.data.squeeze().squeeze()
# print(f" identity_conv_1x1.weight = {identity_conv_1x1.weight.shape}")
identity_conv_1x1.weight.data.fill_(0.0)
identity_conv_1x1.weight.data.fill_diagonal_(1.0)
identity_conv_1x1.weight.data = identity_conv_1x1.weight.data.unsqueeze(2).unsqueeze(3)
# print(f" identity_conv_1x1.weight = {identity_conv_1x1.weight.shape}")
identity_conv_1x1 = self.fuse_conv_bn(identity_conv_1x1, self.rbr_identity)
bias_identity_expanded = identity_conv_1x1.bias
weight_identity_expanded = torch.nn.functional.pad(identity_conv_1x1.weight, [1, 1, 1, 1])
else:
# print(f"fuse: rbr_identity != BatchNorm2d, rbr_identity = {self.rbr_identity}")
bias_identity_expanded = torch.nn.Parameter( torch.zeros_like(rbr_1x1_bias) )
weight_identity_expanded = torch.nn.Parameter( torch.zeros_like(weight_1x1_expanded) )
#print(f"self.rbr_1x1.weight = {self.rbr_1x1.weight.shape}, ")
#print(f"weight_1x1_expanded = {weight_1x1_expanded.shape}, ")
#print(f"self.rbr_dense.weight = {self.rbr_dense.weight.shape}, ")
self.rbr_dense.weight = torch.nn.Parameter(self.rbr_dense.weight + weight_1x1_expanded + weight_identity_expanded)
self.rbr_dense.bias = torch.nn.Parameter(self.rbr_dense.bias + rbr_1x1_bias + bias_identity_expanded)
self.rbr_reparam = self.rbr_dense
self.deploy = True
if self.rbr_identity is not None:
del self.rbr_identity
self.rbr_identity = None
if self.rbr_1x1 is not None:
del self.rbr_1x1
self.rbr_1x1 = None
if self.rbr_dense is not None:
del self.rbr_dense
self.rbr_dense = None
输出层：
对于输出层，YOLO v7采用了yoloR的思想，首先对于经过repconv的特征图，经过ImplicitA层，我个人的理解是，ImplicitA相当于就是各个通道一个偏置项，以丰富各个通道所提取的信息，同时这个偏置项是可以学习的。经过ImplicitA后的特征馈送到输出层中，将输出的结果ImplicitM层，ImplicitM层我的理解是他对输出结果进行了放缩，能够更好的进行回归框的预测。
class ImplicitA(nn.Module):
def __init__(self, channel, mean=0., std=.02):
super(ImplicitA, self).__init__()
self.channel = channel
self.mean = mean
self.std = std
self.implicit = nn.Parameter(torch.zeros(1, channel, 1, 1))
nn.init.normal_(self.implicit, mean=self.mean, std=self.std)
def forward(self, x):
return self.implicit + x
class ImplicitM(nn.Module):
def __init__(self, channel, mean=1., std=.02):
super(ImplicitM, self).__init__()
self.channel = channel
self.mean = mean
self.std = std
self.implicit = nn.Parameter(torch.ones(1, channel, 1, 1))
nn.init.normal_(self.implicit, mean=self.mean, std=self.std)
def forward(self, x):
return self.implicit * x
4.损失函数
损失函数的输入有3个部分，第一个是预测值，第二个是标签，第三个是图像img
预测值即为上面模型的输出，而对于标签target， 维度为物体数量*6，对于第二个维度，第一列为标签的索引，第二列为物体所属类别，而后面四列为物体检测框。
候选框的偏移
首先,对target进行变换，让target包含anchor的索引，此时target维度为
number of anchors,number of targets,7，最后一个维度7的组成为:batch索引,类别,x,y,w,h,anchor索引。
对于偏移，偏移的思想是应对正负样本不均衡的问题，通常来说，负样本远远多于正样本。因此，通过偏移，可以构建更多的正样本。对于样本的中心点，只要目标的中心点偏移后位于附近的网格，也认为这个目标属于这个网格，对应的锚框的区域为正样本
具体过程为:
*
输入target标签为相对坐标,将x,y,w,h映射到特征图上
*
计算锚框与真实框的宽高比,筛选出宽高比在1/r~r(默认为4),其他相差太大的锚框全部，去除,这样可以保证回归结果
- 分别以左上角为原点和右下角为原点得到中心点的坐标
*
对于每一个网格,选出中心点离网格中心点左、上小于0.5的target,并且不能是边界，例如：当中心点距离网格左边的距离小于0.5时，中心点左移0.5，此时，该网格左边的网格对应的锚框也为正样本。
通过，偏移，增加了正样本的数量，返回整数作为中心点所在网格的索引，最终得到存储batch_indices, anchor_indices, grid indices的索引矩阵和对应的anchors
代码如下:
def find_3_positive(self, p, targets):
# Build targets for compute_loss(), input targets(image,class,x,y,w,h)
na, nt = self.na, targets.shape[0] # number of anchors, targets
indices, anch = [], []
gain = torch.ones(7, device=targets.device).long() # normalized to gridspace gain
#---------------------------------------------------------------------------------#
# number of anchors,number of targets
# 表示哪个target属于哪个anchor
#---------------------------------------------------------------------------------#
ai = torch.arange(na, device=targets.device).float().view(na, 1).repeat(1, nt) # same as .repeat_interleave(nt)
# ---------------------------------------------------------------------------------#
# number of anchors,number of targets,7
# 最后一个维度7的组成为:batch索引,类别,x,y,w,h,anchor索引
# ---------------------------------------------------------------------------------#
targets = torch.cat((targets.repeat(na, 1, 1), ai[:, :, None]), 2) # append anchor indices
# ---------------------------------------------------------------------------------#
# 对于样本的中心点，只要目标的中心点偏移后位于附近的网格，也认为这个目标属于这个网格，对应的锚框的区域为正样本
# ---------------------------------------------------------------------------------#
g = 0.5 # bias
off = torch.tensor([[0, 0],
[1, 0], [0, 1], [-1, 0], [0, -1], # j,k,l,m
# [1, 1], [1, -1], [-1, 1], [-1, -1], # jk,jm,lk,lm
], device=targets.device).float() * g # offsets
for i in range(self.nl):
anchors = self.anchors[i]
# 特征图的h,w
gain[2:6] = torch.tensor(p[i].shape)[[3, 2, 3, 2]] # xyxy gain
# Match targets to anchors
# target标签为相对坐标,将x,y,w,h映射到特征图上
t = targets * gain
if nt:
# Matches
# 计算锚框与真实框的宽高比,筛选出宽高比在1/r~r(默认为4),其他相差太大的锚框全部
# 去除,这样可以保证回归结果
r = t[:, :, 4:6] / anchors[:, None] # wh ratio
j = torch.max(r, 1. / r).max(2)[0] < self.hyp['anchor_t'] # compare
# j = wh_iou(anchors, t[:, 4:6]) > model.hyp['iou_t'] # iou(3,n)=wh_iou(anchors(3,2), gwh(n,2))
t = t[j] # filter 去除相差太大的锚框
# Offsets 偏移操作
# 到左上角的距离,相当于就是以左上角为原点
gxy = t[:, 2:4] # grid xy
# 到右下角的距离,相当于就是以右下角为原点
gxi = gain[[2, 3]] - gxy # inverse
# 对于每一个网格,选出中心点离网格中心点左上角小于0.5的target,并且不能是边界
# 例如:有两个真实框,需要判断,第一个物体是否满足要求,第二个物体是否满足要求,
# 将所得的的矩阵转置,j代表在H维度是否满足要求,k代表在w维度是否满足要求
j, k = ((gxy % 1. < g) & (gxy > 1.)).T
# 对于每一个网格,选出中心点离网格中心点右下角小于0.5的target,并且不能是边界
l, m = ((gxi % 1. < g) & (gxi > 1.)).T
# 对应于上面的五个偏移
j = torch.stack((torch.ones_like(j), j, k, l, m))
# target重复五次对应于五个偏移,然后判断能否进行偏移,比如,到网格左边的距离小于0.5,就向左进行偏移,
# 需要注意的是,上面给的+1,但是下面操作是减,因此到网格左边的距离小于0.5,就向左进行偏移
t = t.repeat((5, 1, 1))[j]
offsets = (torch.zeros_like(gxy)[None] + off[:, None])[j]
else:
t = targets[0]
offsets = 0
# Define batch_indice,class
b, c = t[:, :2].long().T # image, class
gxy = t[:, 2:4] # grid xy
gwh = t[:, 4:6] # grid wh
# 执行偏移操作
gij = (gxy - offsets).long()
gi, gj = gij.T # grid xy indices
# Append
a = t[:, 6].long() # anchor indices
indices.append((b, a, gj.clamp_(0, gain[3] - 1), gi.clamp_(0, gain[2] - 1))) # image, anchor, grid indices
anch.append(anchors[a]) # anchors
return indices, anch
候选框的筛选分析:
yolo v7的候选框的筛选跟YOLO v5和YOLO X均不相同，对于上面候选框的偏移，我们最终得到了9个锚框，然后分别计算这9个锚框的类别损失和IOU损失之和。
具体过程为: 首先对候选框进行初筛，取出初筛的索引及对应的预测结果,计算出对应的x,y和w,h。需要注意的是，计算过程与初赛过程相对应。对于x,y的计算,若x,y分别为相对于网格的距离,范围为0~1,经过偏移后,x,y的取值范围为-0.5~1.5。对w和h也进行限制,初筛的时候,我们将宽高比大于4的都去掉了,因此，预测的范围也为0-4。然后计算预测框和真实框的iou，取出iou损失中最小的topk，如果多于10个候选框,取10个,少于10个候选框,全部取。然后 对topk的iou进行累加操作,最后取[iou之和]个候选框,相当于iou很小的候选框统统不要,最小为1个，其目的去除iou很小的候选框。并计算出iou损失，和分类损失进行加权,根据加权的结果筛选出对应的候选框。如果出现多个真实框匹配到了同一候选框的情况,此时对应的anchor_matching_gt > 1。比较哪一个真实框跟这个候选框的损失最小，损失最小的真实框匹配上该候选框,其他地方置为0。最后对信息进行汇总,返回batch索引,anchor索引，网格索引,对应的真实标签信息和锚框，并按照输出层进行统计。
代码如下:
def build_targets(self, p, targets, imgs):
#indices, anch = self.find_positive(p, targets)
indices, anch = self.find_3_positive(p, targets)
#indices, anch = self.find_4_positive(p, targets)
#indices, anch = self.find_5_positive(p, targets)
#indices, anch = self.find_9_positive(p, targets)
matching_bs = [[] for pp in p]
matching_as = [[] for pp in p]
matching_gjs = [[] for pp in p]
matching_gis = [[] for pp in p]
matching_targets = [[] for pp in p]
matching_anchs = [[] for pp in p]
nl = len(p)
for batch_idx in range(p[0].shape[0]):
# 取出batch对应的target
b_idx = targets[:, 0]==batch_idx
this_target = targets[b_idx]
if this_target.shape[0] == 0:
continue
# 取出对应的真实框,转换为x1,y1,x2,y2
txywh = this_target[:, 2:6] * imgs[batch_idx].shape[1]
txyxy = xywh2xyxy(txywh)
pxyxys = []
p_cls = []
p_obj = []
from_which_layer = []
all_b = []
all_a = []
all_gj = []
all_gi = []
all_anch = []
for i, pi in enumerate(p):
# 有时候index会为空,代表某一层没有对应的锚框
# b代表batch_index,a代表anchor_indices,
# gj,gi代表网格索引
b, a, gj, gi = indices[i]
idx = (b == batch_idx)
b, a, gj, gi = b[idx], a[idx], gj[idx], gi[idx]
all_b.append(b)
all_a.append(a)
all_gj.append(gj)
all_gi.append(gi)
all_anch.append(anch[i][idx])
# size为初筛后的候选框数量,值为输出层的索引
from_which_layer.append(torch.ones(size=(len(b),)) * i) # 来自哪个输出层
fg_pred = pi[b, a, gj, gi] # 对应网格的预测结果
p_obj.append(fg_pred[:, 4:5])
p_cls.append(fg_pred[:, 5:])
grid = torch.stack([gi, gj], dim=1) # 网格坐标
# 与候选框的偏移相对应,若x,y分别为相对于网格的距离,范围为0~1,经过偏移后,x,y的取值范围为-0.5~1.5
# 而下面的预测结果经过sigmoid后的范围为0~1,最终计算的范围为-0.5~1.5
pxy = (fg_pred[:, :2].sigmoid() * 2. - 0.5 + grid) * self.stride[i] #/ 8.
#pxy = (fg_pred[:, :2].sigmoid() * 3. - 1. + grid) * self.stride[i]
# 对w和h也进行限制,初筛的时候,我们将宽高比大于4的都去掉了,因此，预测的范围也为0-4
pwh = (fg_pred[:, 2:4].sigmoid() * 2) ** 2 * anch[i][idx] * self.stride[i] #/ 8.
pxywh = torch.cat([pxy, pwh], dim=-1)
pxyxy = xywh2xyxy(pxywh) # 转换为x,y,w,h
pxyxys.append(pxyxy)
pxyxys = torch.cat(pxyxys, dim=0)
if pxyxys.shape[0] == 0:
continue
# 对三层的结果进行汇总,可能有些层结果为空
p_obj = torch.cat(p_obj, dim=0)
p_cls = torch.cat(p_cls, dim=0)
from_which_layer = torch.cat(from_which_layer, dim=0)
all_b = torch.cat(all_b, dim=0)
all_a = torch.cat(all_a, dim=0)
all_gj = torch.cat(all_gj, dim=0)
all_gi = torch.cat(all_gi, dim=0)
all_anch = torch.cat(all_anch, dim=0)
# 计算ciou损失
pair_wise_iou = box_iou(txyxy, pxyxys)
pair_wise_iou_loss = -torch.log(pair_wise_iou + 1e-8)
# 取出iou损失中最小的topk，如果多于10个候选框,取10个,少于10个候选框,全部取
top_k, _ = torch.topk(pair_wise_iou, min(10, pair_wise_iou.shape[1]), dim=1)
# 对iou进行累加操作,最后取[iou之和]个候选框,相当于iou很小的候选框统统不要,最小为1个
dynamic_ks = torch.clamp(top_k.sum(1).int(), min=1)
# 将类别转换为one_hot编码格式
gt_cls_per_image = (
F.one_hot(this_target[:, 1].to(torch.int64), self.nc)
.float()
.unsqueeze(1)
.repeat(1, pxyxys.shape[0], 1)
)
# 真实框目标的个数
num_gt = this_target.shape[0]
# 预测概率:p_obj*p_cls
cls_preds_ = (
p_cls.float().unsqueeze(0).repeat(num_gt, 1, 1).sigmoid_()
* p_obj.unsqueeze(0).repeat(num_gt, 1, 1).sigmoid_()
)
y = cls_preds_.sqrt_()
pair_wise_cls_loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(
torch.log(y/(1-y)) , gt_cls_per_image, reduction="none"
).sum(-1)
del cls_preds_
# 总损失:cls_loss+iou_loss
cost = (
pair_wise_cls_loss
+ 3.0 * pair_wise_iou_loss
)
matching_matrix = torch.zeros_like(cost)
# 取出损失最小的候选框的索引
for gt_idx in range(num_gt):
_, pos_idx = torch.topk(
cost[gt_idx], k=dynamic_ks[gt_idx].item(), largest=False
)
matching_matrix[gt_idx][pos_idx] = 1.0
del top_k, dynamic_ks
# 竖着加
anchor_matching_gt = matching_matrix.sum(0)
# 处理多个真实框匹配到了同一候选框的情况,此时对应的anchor_matching_gt > 1
if (anchor_matching_gt > 1).sum() > 0:
# 比较哪一个真实框跟这个候选框的损失最小
_, cost_argmin = torch.min(cost[:, anchor_matching_gt > 1], dim=0)
matching_matrix[:, anchor_matching_gt > 1] *= 0.0
# 损失最小的真实框匹配上该候选框,其他地方置为0
matching_matrix[cost_argmin, anchor_matching_gt > 1] = 1.0
# 正样本索引
fg_mask_inboxes = matching_matrix.sum(0) > 0.0
# 正样本对应真实框的索引
matched_gt_inds = matching_matrix[:, fg_mask_inboxes].argmax(0)
# 汇总
from_which_layer = from_which_layer[fg_mask_inboxes]
all_b = all_b[fg_mask_inboxes]
all_a = all_a[fg_mask_inboxes]
all_gj = all_gj[fg_mask_inboxes]
all_gi = all_gi[fg_mask_inboxes]
all_anch = all_anch[fg_mask_inboxes]
# 真实框
this_target = this_target[matched_gt_inds]
# 按照三个输出层合并信息
for i in range(nl):
layer_idx = from_which_layer == i
matching_bs[i].append(all_b[layer_idx])
matching_as[i].append(all_a[layer_idx])
matching_gjs[i].append(all_gj[layer_idx])
matching_gis[i].append(all_gi[layer_idx])
matching_targets[i].append(this_target[layer_idx])
matching_anchs[i].append(all_anch[layer_idx])
# 按照输出层,汇总整个batch的信息
for i in range(nl):
if matching_targets[i] != []:
matching_bs[i] = torch.cat(matching_bs[i], dim=0)
matching_as[i] = torch.cat(matching_as[i], dim=0)
matching_gjs[i] = torch.cat(matching_gjs[i], dim=0)
matching_gis[i] = torch.cat(matching_gis[i], dim=0)
matching_targets[i] = torch.cat(matching_targets[i], dim=0)
matching_anchs[i] = torch.cat(matching_anchs[i], dim=0)
else:
matching_bs[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
matching_as[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
matching_gjs[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
matching_gis[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
matching_targets[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
matching_anchs[i] = torch.tensor([], device='cuda:0', dtype=torch.int64)
return matching_bs, matching_as, matching_gjs, matching_gis, matching_targets, matching_anchs
损失函数:
损失函数与YOLO v5 r6.1版本并无变化，主要包含分类损失、存在物体置信度损失以及边界框回归损失。分类损失和置信度损失均使用交叉熵损失。回归损失使用C-IOU损失。
辅助头网络结构:
当添加辅助输出时，网络结构的输入为1280*1280,第一层需要对图片进行下采样，作者考虑到节省参数，第一层下采样采取间隔采样的做法。
代码如下:
class ReOrg(nn.Module):
def __init__(self):
super(ReOrg, self).__init__()
def forward(self, x): # x(b,c,w,h) -> y(b,4c,w/2,h/2)
return torch.cat([x[..., ::2, ::2], x[..., 1::2, ::2], x[..., ::2, 1::2], x[..., 1::2, 1::2]], 1)
对于辅助输出,一共有八层，对于辅助输出,在损失函数的处理上有所区别，在标签分配上，辅助输出的偏移量为1，因此一共有5个网格，另外，在候选框的初步筛选上，辅助头的top_k为20。这一系列的处理，能够提升辅助头输出的召回率。因此，辅助头更加关注召回率。在损失函数上，辅助头的损失计算用0.25进行缩放。
模型的重参数化:
卷积和bn的重参数化:bn层的公式如图所示,可以变换为wx+b的形式
因此，可以得到bn层w和b的权重矩阵。
将卷积公式带入其中，最终得到融合的权重矩阵和偏差的计算公式。
对于11和33卷积的参数化，将11的卷积核周围用0填充和33的卷积核相加
Original: https://blog.csdn.net/qq_52053775/article/details/127637735
Author: 樱花的浪漫
Title: YOLO V7源码解析
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