向AI轉(zhuǎn)型的程序員都關(guān)注了這個(gè)號(hào)??????

本篇我們會(huì)介紹 yolo.py，這是YOLO的特定模塊，和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建有關(guān)。在 YOLOv5源碼中，模型的建立是依靠 yolo.py 中的函數(shù)和對(duì)象完成的，這個(gè)文件主要由三個(gè)部分：parse_model函數(shù)、Detect類(lèi)和Model類(lèi)組成。

yolo.py文件位置在./models/yolo.py

文章代碼逐行手打注釋?zhuān)總€(gè)模塊都有對(duì)應(yīng)講解，一文幫你梳理整個(gè)代碼邏輯！

一、 導(dǎo)包和基本配置 1.1 導(dǎo)入安裝好的python庫(kù)

首先，導(dǎo)入一下常用的python庫(kù)：

argparse： 它是一個(gè)用于命令項(xiàng)選項(xiàng)與參數(shù)解析的模塊，通過(guò)在程序中定義好我們需要的參數(shù)，argparse 將會(huì)從 sys.argv 中解析出這些參數(shù)，并自動(dòng)生成幫助和使用信息

sys：它是與python解釋器交互的一個(gè)接口，該模塊提供對(duì)解釋器使用或維護(hù)的一些變量的訪問(wèn)和獲取，它提供了許多函數(shù)和變量來(lái)處理 Python 運(yùn)行時(shí)環(huán)境的不同部分

展開(kāi)全文

copy： Python 中賦值語(yǔ)句不復(fù)制對(duì)象，而是在目標(biāo)和對(duì)象之間創(chuàng)建綁定關(guān)系。copy模塊提供了通用的淺層復(fù)制和深層復(fù)制操作

pathlib： 這個(gè)庫(kù)提供了一種面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)與文件系統(tǒng)交互，可以讓代碼更簡(jiǎn)潔、更易讀

1.2 獲取當(dāng)前文件的絕對(duì)路徑

這段代碼會(huì)獲取 當(dāng)前文件的絕對(duì)路徑，并使用Path庫(kù)將其轉(zhuǎn)換為Path對(duì)象。

這一部分的主要作用有兩個(gè)：

將當(dāng)前項(xiàng)目添加到系統(tǒng)路徑上，以使得項(xiàng)目中的模塊可以調(diào)用。

將當(dāng)前項(xiàng)目的相對(duì)路徑保存在ROOT中，便于尋找項(xiàng)目中的文件。

這些都是用戶(hù)自定義的庫(kù)，由于上一步已經(jīng)把路徑加載上了，所以現(xiàn)在可以導(dǎo)入，這個(gè)順序不可以調(diào)換。具體來(lái)說(shuō)，代碼從如下幾個(gè)文件中導(dǎo)入了部分函數(shù)和類(lèi)：

models.common： 這個(gè)是yolov5的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

models.experimental： 實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的代碼，包括MixConv2d、跨層權(quán)重Sum等

utils.autoanchor： 定義了自動(dòng)生成錨框的方法

utils.general： 定義了一些常用的工具函數(shù)，比如檢查文件是否存在、檢查圖像大小是否符合要求、打印命令行參數(shù)等等

utils.plots： 定義了Annotator類(lèi)，可以在圖像上繪制矩形框和標(biāo)注信息

utils.torch_utils： 定義了一些與PyTorch有關(guān)的工具函數(shù)，比如選擇設(shè)備、同步時(shí)間等

通過(guò)導(dǎo)入這些模塊，可以更方便地進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)的相關(guān)任務(wù)，并且減少了代碼的復(fù)雜度和冗余。

二、parse_model函數(shù)

parse_model函數(shù)用在DetectionModel模塊中，主要作用是解析模型yaml的模塊，通過(guò)讀取yaml文件中的配置，并且到common.py中找到相對(duì)于的模塊，然后組成一個(gè)完整的模型解析模型文件(字典形式)，并搭建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是把yaml文件中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)例化成對(duì)應(yīng)的模型。后續(xù)如果需要?jiǎng)幽Ｐ涂蚣艿脑?，需要?duì)這個(gè)函數(shù)做相應(yīng)的改動(dòng)。

2.1 獲取對(duì)應(yīng)參數(shù)

這段代碼主要是獲取配置dict里面的參數(shù)，并打印最開(kāi)始展示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表的表頭。

我們先解釋幾個(gè)參數(shù)，d和ch，na和no：

d: yaml 配置文件（字典形式），yolov5s.yaml中的6個(gè)元素 + ch

ch: 記錄模型每一層的輸出channel，初始ch=[3]，后面會(huì)刪除

na： 判斷anchor的數(shù)量

no： 根據(jù)anchor數(shù)量推斷的輸出維度

這里有一行代碼我們上篇YOLOv5源碼逐行超詳細(xì)注釋與解讀（5）——配置文件yolov5s.yaml就見(jiàn)過(guò)了：

這里就是讀取了 yaml 文件的相關(guān)參數(shù)（參數(shù)含義忘了的話再看看上篇哦）

2.2 搭建網(wǎng)絡(luò)前準(zhǔn)備

這段代碼主要是遍歷backbone和head的每一層，獲取搭建網(wǎng)絡(luò)前的一系列信息。

我們還是先解釋參數(shù)，layers、save和c2：

layers: 保存每一層的層結(jié)構(gòu)

save: 記錄下所有層結(jié)構(gòu)中from不是-1的層結(jié)構(gòu)序號(hào)

c2: 保存當(dāng)前層的輸出channel

然后開(kāi)始迭代循環(huán)backbone與head的配置。for i, (f, n, m, args) in enumerate(d['backbone'] + d['head']):中有幾個(gè)參數(shù)

f：from，當(dāng)前層輸入來(lái)自哪些層

n：number，當(dāng)前層次數(shù) 初定

m：module，當(dāng)前層類(lèi)別

args：當(dāng)前層類(lèi)參數(shù) 初定

接著還用到一個(gè)函數(shù)eval，主要作用是將字符串當(dāng)成有效的表達(dá)式來(lái)求值，并且返回執(zhí)行的結(jié)果。在這里簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是實(shí)現(xiàn)list、dict、tuple與str之間的轉(zhuǎn)化。

2.3 更新當(dāng)前層的參數(shù)，計(jì)算c2

這段代碼主要是更新當(dāng)前層的args，計(jì)算c2(當(dāng)前層的輸出channel)

首先網(wǎng)絡(luò)將C3中的BottleNeck數(shù)量乘以模型縮放倍數(shù)n*gd控制模塊的深度縮放，舉個(gè)栗子，對(duì)于yolo5s來(lái)講，gd為0.33，那么就是n*0.33，也就是把默認(rèn)的深度縮放為原來(lái)的1/3。

然后將m實(shí)例化成同名模塊，別看列舉了那么多模塊，目前只用到Conv，SPP，F(xiàn)ocus，C3，nn.Upsample。對(duì)于以上的這幾種類(lèi)型的模塊，ch是一個(gè)用來(lái)保存之前所有的模塊輸出的channle，ch[-1]代表著上一個(gè)模塊的輸出通道。args[0]是默認(rèn)的輸出通道。

這樣以來(lái)，c1=ch[f]就代表輸入通道c1為f指向的層的輸出通道，c2=args[0]就代表輸出通道c2為yaml的args中的第一個(gè)變量。注意，如果輸出通道不等于255即Detect層的輸出通道， 則將通道數(shù)乘上width_multiple，并調(diào)整為8的倍數(shù)。通過(guò)函數(shù)make_divisible來(lái)實(shí)現(xiàn)

make_divisible代碼如下：

2.4 使用當(dāng)前層的參數(shù)搭建當(dāng)前層

這段代碼主要是使用當(dāng)前層的參數(shù)搭建當(dāng)前層。

經(jīng)過(guò)以上處理，args里面保存的前兩個(gè)參數(shù)就是module的輸入通道數(shù)、輸出通道數(shù)。只有BottleneckCSP和C3這兩種module會(huì)根據(jù)深度參數(shù)n調(diào)整該模塊的重復(fù)迭加次數(shù)

然后進(jìn)行的是其他幾種類(lèi)型的Module判斷：

如果是BN層，只需要返回上一層的輸出channel，通道數(shù)保持不變。

如果是Concat層，則將f中所有的輸出累加得到這層的輸出channel，f是所有需要拼接層的index，輸出通道c2是所有層的和。

如果是Detect層，則對(duì)應(yīng)檢測(cè)頭部分，這塊下一小節(jié)細(xì)講。

Contract和Expand目前未在模型中使用。

2.5 打印和保存layers

這段代碼主要是打印當(dāng)前層結(jié)構(gòu)的一些基本信息并保存。

把構(gòu)建的模塊保存到layers里，把該層的輸出通道數(shù)寫(xiě)入ch列表里。待全部循環(huán)結(jié)束后再構(gòu)建成模型。

返回值：

return nn.Sequential(*layers): 網(wǎng)絡(luò)的每一層的層結(jié)構(gòu)

return sorted(save): 把所有層結(jié)構(gòu)中from不是-1的值記下 并排序 [4, 6, 10, 14, 17, 20, 23]

至此模型就全部構(gòu)建完畢了。

下面詳細(xì)介紹一下各個(gè)模塊。

?? 三、Detect模塊

Detect 模塊是 YOLO 網(wǎng)絡(luò)模型的最后一層 (對(duì)應(yīng) yaml 文件最后一行)，通過(guò) yaml 文件進(jìn)行聲明，格式為：

3.1 獲取預(yù)測(cè)得到的參數(shù)

這段代碼主要是獲取預(yù)測(cè)得到的各種信息。

detection layer 相當(dāng)于yolov3中的YOLOLayer層，我們解釋一下包含的參數(shù)：

nc: 分類(lèi)數(shù)量

no: 每個(gè)anchor的輸出數(shù)，為(x,y,w,h,conf) + nc = 5 + nc 的總數(shù)

nl: 預(yù)測(cè)層數(shù)，此次為3

na: anchors的數(shù)量，此次為3

grid: 格子坐標(biāo)系，左上角為(1,1),右下角為(input.w/stride,input.h/stride)

3.2 向前傳播

這段代碼主要是對(duì)三個(gè)feature map分別進(jìn)行處理：(n, 255, 80, 80),(n, 255, 40, 40),(n, 255, 20, 20)

首先進(jìn)行for循環(huán)，每次i的循環(huán)，產(chǎn)生一個(gè)z。維度重排列：(n, 255, _, _) - (n, 3, nc+5, ny, nx) - (n, 3, ny, nx, nc+5)，三層分別預(yù)測(cè)了80*80、40*40、20*20次。

接著 構(gòu)造網(wǎng)格，因?yàn)橥评矸祷氐牟皇菤w一化后的網(wǎng)格偏移量，需要再加上網(wǎng)格的位置，得到最終的推理坐標(biāo)，再送入nms。所以這里構(gòu)建網(wǎng)格就是為了紀(jì)律每個(gè)grid的網(wǎng)格坐標(biāo) 方面后面使

最后按損失函數(shù)的回歸方式來(lái)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，利用sigmoid激活函數(shù)計(jì)算定位參數(shù)，cat(dim=-1)為直接拼接。注意：訓(xùn)練階段直接返回x ，而預(yù)測(cè)階段返回3個(gè)特征圖拼接的結(jié)果

3.3 相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到grid絕對(duì)坐標(biāo)系

這段代碼主要是將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到grid絕對(duì)坐標(biāo)系。

首先構(gòu)造網(wǎng)格標(biāo)尺坐標(biāo)

indexing='ij' ： 表示的是i是同一行，j表示同一列

indexing='xy' ： 表示的是x是同一列，y表示同一行

grid復(fù)制成3倍，因?yàn)槭?個(gè)框。anchor_grid是每個(gè)anchor寬高。anchor_grid = (self.anchors[i].clone * self.stride[i])。注意這里為啥要乘呢？因?yàn)樵谕饷嬉呀?jīng)把a(bǔ)nchors給除了對(duì)應(yīng)的下采樣率，這里再乘回來(lái)。

原文地址

機(jī)器學(xué)習(xí)算法AI大數(shù)據(jù)技術(shù)

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