（5）单次目标检测——YOLO

    YOLO将物体检测作为回归问题求解。基于一个单独的end-to-end网络，完成从原始图像的输入到物体位置和类别的输出。

（1）YOLOV1

    将图片划分为 7*7=49 个网格（grid），每个网格允许预测出2个边框（bounding box，包含某个对象的矩形框，这里选2个的原因可能是通过比较选择最好的那个吧），总共 49*2=98 个bounding box。每个格子负责检测‘落入’该格子的物体。若某个物体的中心位置的坐标落入到某个格子，那么这个格子就负责检测出这个物体。如下图所示，图中物体狗的中心点（红色原点）落入第5行、第2列的格子内，所以这个格子负责预测图像中的物体狗。

    Bounding box信息包含5个数据值，分别是x,y,w,h,和confidence。其中x,y是指当前格子预测得到的物体的bounding box的中心位置的坐标。w,h是bounding box的宽度和高度。实际训练过程中，w和h的值使用图像的宽度和高度进行归一化到[0,1]区间内；x，y是bounding box中心位置相对于当前格子位置的偏移值，并且被归一化到[0,1]。

    由于采用VOC 20类标注物体作为训练数据，C=20。因此输出向量为7*7*(20 + 2*5)=1470维。

    这里的bbox和fasterRCNN 中的ancher不一样，并没有指定具体的长宽和比例。

    其网络结构包括24个卷积层和2个全连接层。如图

YOLO网络结构

    卷积层用来提取图像特征，全连接层用来预测图像位置和类别概率值。

    YOLO使用均方和误差作为loss函数来优化模型参数，即网络输出的S*S*(B*5 + C)维向量与真实图像的对应S*S*(B*5 + C)维向量的均方和误差。损失函数被分为三部分：坐标误差、物体误差、类别误差。

YOLO损失函数

    其优点是：快；背景误检率低。

    缺陷是：划分网格较为粗糙，每个网格生成的box个数等限制了对小尺度物体和相近物体的检测。

（2）YOLOV2

    相对于Fast R-CNN，YOLO在目标定位方面错误率较高。因此，对于YOLO的改进集中于在保持分类准确率的基础上增强定位精确度。

    1、BN

         YOLOV2在每一层上都增加了BN层。对网络的每一层的输入都做了归一化，这样网络就不需要每层都去学数据的分布，收敛会快点。

    2、High Resolution Classifier

    原来的YOLO网络在预训练的时候采用的是224*224的输入（这是因为一般预训练的分类模型都是在ImageNet数据集上进行的），然后在detection的时候采用448*448的输入，这会导致从分类模型切换到检测模型的时候，模型还要适应图像分辨率的改变。而YOLOv2则将预训练分成两步：先用224*224的输入从头开始训练网络，大概160个epoch（表示将所有训练数据循环跑160次），然后再将输入调整到448*448，再训练10个epoch。注意这两步都是在ImageNet数据集上操作。最后再在检测的数据集上fine-tuning，也就是detection的时候用448*448的图像作为输入就可以顺利过渡了。

    3、Convolutional With Anchor Boxes

    原来的YOLO是利用全连接层直接预测bounding box的坐标，而YOLOv2借鉴了Faster R-CNN的思想，引入anchor。原来的YOLO算法将输入图像分成7*7的网格，每个网格预测两个bounding box，因此一共只有98个box，但是在YOLOv2通过引入anchor boxes，预测的box数量超过了1千。

    虽然加入anchor使得MAP值下降了一点（69.5降到69.2），但是提高了recall（81%提高到88%）

    4、Dimension Clusters

    在Faster R-CNN中anchor box的大小和比例是按经验设定的，然后网络会在训练过程中调整anchor box的尺寸。但是如果一开始就能选择到合适尺寸的anchor box，那肯定可以帮助网络越好地预测detection。所以作者采用k-means的方式对训练集的bounding boxes做聚类，试图找到合适的anchor box。

    另外作者发现如果采用标准的k-means（即用欧式距离来衡量差异），在box的尺寸比较大的时候其误差也更大，而我们希望的是误差和box的尺寸没有太大关系。所以通过IOU定义了距离函数，使得误差和box的大小无关。聚类分析时选用box与聚类中心box之间的IOU值。

新计算公式

    5、DarkNet

    YOLOv2采用了一个新的基础模型（特征提取器），称为Darknet-19，包括19个卷积层和5个maxpooling层,Darknet-19与VGG16模型设计原则是一致的，主要采用3*3卷积，采用2*2的maxpooling层之后，特征图维度降低2倍，而同时将特征图的channles增加两倍。       

     使用Darknet-19之后，YOLOv2的mAP值没有显著提升，但是计算量却可以减少约33%。  

（3）YOLOV3

（4）YOLO9000

       主要检测网络也是YOLO v2，同时对数据集做了融合，使得模型可以检测9000多类物体。提出YOLO9000的原因主要是目前检测的数据集数据量较小，因此利用数量较大的分类数据集来帮助训练检测模型。