YOLO系列学习（YOLOv3）

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# YOLO：You only look once#

     方法如其名，仅需看一次图像，即可预测存在的物体和相对应的坐标位置，它追求“秒识”体验，有着“fast & accurate”的检测表现。它的建模思想是将检测问题转化为回归问题。

官方源码： http://pjreddie.com/yolo/

接上篇和上上篇博客，下面将介绍YOLO系列第三部YOLOv3：

## YOLO-v3

【参考】
1. https://www.cnblogs.com/makefile/p/YOLOv3.html

【效果】

图1 COCO数据集上各种方法的测试时间和mAP性能比较

【改进点】

1. 金字塔特征融合
2. 更好的分类器：类别预测损失的替换
3. 更好的分类网络：更强更深的特征提取网络

（1）Bounding Box 预测
       YOLOv3继续使用YOLOv2的Bounding Box预测策略，使用维数聚类获得先验bounding box；训练时使用均方误差损失函数；若记偏移真值为tg，预测值为tp，则对应的梯度应为tg-tp。
       物体存在的置信度使用逻辑回归策略预测。当某个先验bounding box与物体真实标注的交叠比其他先验更多时，它对应的物体存在置信度得分应为1.若先验不是最好的，但交叠超出了我们之前是设定的阈值（如0.5），就忽略这个预测。我们对每个真实物体仅用一个先验bounding box，若先验未分配有一个真实物体，则其坐标和类别预测损失不计，只计物体存在的损失。 

（2）类别预测
损失函数选择：二值交叉熵损失（独立的logistic分类器）

原因：softmax损失有类间互斥的表现，不利于有包含属性关系的数据分类（overlapping labels(i.e. Woman and Person)）。因此使用多标签分类方法可以更好地模拟数据。

（3）基于多尺度的预测
思想：特征金字塔网络Feature Pyramid Network。
目的：获取更丰富的语义信息和更细粒度的特征信息。
细节：

• 每个尺度后面是如何预测的？在获取特征图后，添加几个卷积层，最后一层卷积用于预测3-d张量，张量编码bounding box的坐标信息（tx,ty,tw,th）+ 物体存在置信度 + 类别预测值。(COCO实验中，张量为N×N×[3×(4+1+80)])。
• 多尺度预测：YOLOv3在3个不同尺度上进行3种box预测。Anchor仍用k-means方法获得bounding box先验中心，然后均分给3个尺度。聚类结果（9个聚类中心，3种尺度）：(10×13); (16×30); (33×23); (30×61); (62×45); (59×119); (116×90); (156×198); (373×326).

尺度1：在特征提取网络后添加一些卷积层，输出张量；
尺度2：对尺度1的倒数第二层卷积层上采样（×2），再与最后一个16×16分辨率的特征图逐点相加（Element-wise addition）,再接上一些卷积层（对融合的特征信息进一步处理），输出张量，比尺度1增大2倍；
尺度3：类同尺度2，使用32×32大小的特征图。

图2 YOLOv3网络结构图

（4）特征提取器
更强更深的网络：Darknet-53

特点：

• 使用1×1+3×3卷积层堆叠结构，其中1×1用于特征压缩；
• 引入shortcut connections/残差模块；
• 将max pooling替换成2步长的3×3卷积；
• 更深了。

效果：


训练策略：

• 无难例挖掘
• 多尺度训练
• 大量数据扩增
• BN
• all the standard stuff

【其他研究（一些不起作用的尝试）】

1. 使用正常的anchor box预测机制（x,y偏移量和w,h预测） + 线性激活，但会导致模型稳定性下降，效果不好；
2. 对x,y偏移量使用线性激活，而不是Logistic激活，会导致mAP下降；
3. 使用Focal loss，导致mAP下降2个百分点。可以对比一下Focal loss和YOLO的预测损失设计思路来分析；
4. 一对IOU阈值来判定正标签。这里指的一对IOU指的是像Faster RCNN所用的，如[0.3,0.7]这样的，若IOU>0.7，则判定为正样本，IOU<0.3，判定为负样本，介于0.3和0.7的忽略它们。但是！在YOLOv3实验的时候，作者发现这种设置得不到好的结果，在论文中IOU阈值是单值0.5.

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