【目标检测】YOLOV5详解

1、网络架构

YOLOV5和YOLOV4有很多相同的地方，最大的改变还是基础架构的变化。Yolov5官方代码中，给出的目标检测网络中一共有4个版本，分别是Yolov5s、Yolov5m、Yolov5l、Yolov5x四个模型。首先先看一下YOLOV5s的网络架构。

上图即Yolov5的网络结构图，可以看出，还是分为输入端、Backbone、Neck、Prediction四个部分。

（1）输入端：Mosaic数据增强、自适应锚框计算、自适应图片缩放
（2）Backbone：Focus结构，CSP结构
（3）Neck：FPN+PAN结构
（4）Prediction：GIOU_Loss

下面丢上Yolov5作者的算法性能测试图：

Yolov5作者也是在COCO数据集上进行的测试，大白在之前的文章讲过，COCO数据集的小目标占比，因此最终的四种网络结构，性能上来说各有千秋。Yolov5s网络最小，速度最少，AP精度也最低。但如果检测的以大目标为主，追求速度，倒也是个不错的选择。其他的三种网络，在此基础上，不断加深加宽网络，AP精度也不断提升，但速度的消耗也在不断增加。

2、输入端

Yolov5的输入端采用了和Yolov4一样的Mosaic数据增强的方式。随机缩放、随机裁剪、随机排布的方式进行拼接，对于小目标的检测效果还是很不错的。这些已经在上一篇文章YOLOV4中讲过了。

在常用的目标检测算法中，不同的图片长宽都不相同，因此常用的方式是将原始图片统一缩放到一个标准尺寸，再送入检测网络中。

比如Yolo算法中常用416*416，608*608等尺寸，比如对下面800*600的图像进行缩放。

但Yolov5代码中对此进行了改进，也是Yolov5推理速度能够很快的一个不错的trick。作者认为，在项目实际使用时，很多图片的长宽比不同，因此缩放填充后，两端的黑边大小都不同，而如果填充的比较多，则存在信息冗余，影响推理速度。因此在Yolov5的代码中datasets.py的letterbox函数中进行了修改，对原始图像自适应的添加最少的黑边。

图像高度上两端的黑边变少了，在推理时，计算量也会减少，即目标检测速度会得到提升。在讨论中，通过这种简单的改进，推理速度得到了37%的提升，可以说效果很明显。

第一步：计算缩放比例

原始缩放尺寸是416*416，都除以原始图像的尺寸后，可以得到0.52，和0.69两个缩放系数，选择小的缩放系数。

第二步：计算缩放后的尺寸

原始图片的长宽都乘以最小的缩放系数0.52，宽变成了416，而高变成了312。

第三步：计算黑边填充数值

将416-312=104，得到原本需要填充的高度。再采用numpy中np.mod取余数的方式，得到8个像素，再除以2，即得到图片高度两端需要填充的数值。

此外，需要注意的是：

a.Yolov5中填充的是灰色，即（114,114,114）。

b.训练时没有采用缩减黑边的方式，还是采用传统填充的方式，即缩放到416*416大小。只是在测试，使用模型推理时，才采用缩减黑边的方式，提高目标检测，推理的速度。

c.为什么np.mod函数的后面用32？因为Yolov5的网络经过5次下采样，而2的5次方，等于32。所以至少要去掉32的倍数，再进行取余。

3、backbone

Focus模块在v5中是图片进入backbone前，对图片进行切片操作，具体操作是在一张图片中每隔一个像素拿到一个值，类似于邻近下采样，这样就拿到了四张图片，四张图片互补，长的差不多，但是没有信息丢失，这样一来，将W、H信息就集中到了通道空间，输入通道扩充了4倍，即拼接起来的图片相对于原先的RGB三通道模式变成了12个通道，最后将得到的新图片再经过卷积操作，最终得到了没有信息丢失情况下的二倍下采样特征图。

以yolov5s为例，原始的640 × 640 × 3的图像输入Focus结构，采用切片操作，先变成320 × 320 × 12的特征图，再经过一次卷积操作，最终变成320 × 320 × 32的特征图。切片操作如下：

这个结构据作者说是能够增加推理速度。

Yolov5与Yolov4不同点在于，Yolov4中只有主干网络使用了CSP结构。

而Yolov5中设计了两种CSP结构，以Yolov5s网络为例，CSP1_X结构应用于Backbone主干网络，另一种CSP2_X结构则应用于Neck中。

 4、neck和输出

Yolov5现在的Neck和Yolov4中一样，都采用FPN+PAN的结构。

Yolov5中采用其中的CIOU_Loss做Bounding box的损失函数。

Yolov4中也采用CIOU_Loss作为目标Bounding box的损失。

参考： 深入浅出Yolo系列之Yolov5核心基础知识完整讲解 - 知乎