详解·在YOLOv5 中冻结特定层 Freeze Backbone

一、在 YOLOv5 中冻结特定层（即 “Freeze Backbone”）的具体操作涉及两个主要部分：代码中的设置以及训练指令。让我详细解释每个部分。

1. 代码中的设置

为了在 YOLOv5 中冻结特定层，你需要在 train.py 脚本中进行一些设置。核心步骤如下：

• 定义要冻结的层：使用一个列表来指定要冻结的层。这通常是根据模型的架构来确定的。例如，如果你想冻结前 10 层，你可以这样设置：

  freeze = [f'model.{x}.' for x in range(10)]  # 冻结前 10 层
  

• 在训练循环前设置梯度：在开始训练之前，遍历模型的所有参数，并根据上面的 freeze 列表决定是否冻结每个参数（设置其 requires_grad 属性）：

  for k, v in model.named_parameters():
      v.requires_grad = True  # 默认所有层都可训练
      if any(x in k for x in freeze):
          print(f'freezing {k}')
          v.requires_grad = False  # 冻结指定层
  

2. 训练指令

在 YOLOv5 中，训练指令通常是通过命令行界面执行的。当你运行 train.py 脚本时，可以通过命令行参数来控制训练的各个方面，包括是否冻结某些层。

• 基本的训练指令：

  python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data dataset.yaml --weights yolov5s.pt
  

  这是一个基本的训练命令，它设定了输入图像大小、批次大小、训练周期数、数据集配置文件和预训练权重。

• 加入冻结层的训练指令：
  如果你想在训练时冻结特定的层（例如前 10 层），可以在 train.py 脚本中设置 freeze 变量，或者直接在命令行中使用 --freeze 参数：

  python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data dataset.yaml --weights yolov5s.pt --freeze 10
  

  这个命令会冻结模型的前 10 层。

注意事项

• 冻结层的选择应基于你的具体应用场景。通常，当你的数据集与预训练模型使用的数据集相似时，冻结更多的层是有意义的。
• 在冻结层时，重要的是要确保模型的输出层或与你的特定任务相关的层仍然是可训练的，以便模型能够适应新的数据。

这些是在 YOLOv5 中实现层冻结的基本步骤和相关的训练指令。如果您有关于这个过程的任何具体问题，或者需要进一步的指导，请随时告知。

二、对于 YOLOv5 的训练指令来说，当涉及到冻结层（freeze layers）的操作，你主要的操作是设置 --freeze 参数等于某个数字。这个数字表示你想要冻结模型中的前多少层。例如，如果你设置 --freeze 10，这意味着模型的前 10 层将被冻结，它们的权重在训练过程中不会更新。

训练指令中的 --freeze 参数

• 使用 --freeze 参数的训练指令示例：

  python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data dataset.yaml --weights yolov5s.pt --freeze 10
  

  这条指令会启动训练过程，其中 --freeze 10 表示冻结模型的前 10 层。

其他可操作的训练参数

虽然 --freeze 参数是控制冻结层的主要方式，但在训练 YOLOv5 时还可以操作其他多种参数，例如：

• --img：设置输入图像的大小。
• --batch：定义每个批次的大小。
• --epochs：设置训练的周期数。
• --data：指定数据集的配置文件。
• --weights：选择预训练权重。

总结

在使用 YOLOv5 进行训练时，--freeze 参数是控制特定层数冻结的主要方式。然而，训练过程的其他方面，如图像大小、批次大小、训练周期和数据集选择等，也可以通过命令行参数进行调整。这些参数共同决定了训练过程的行为和最终模型的性能。

三、当你需要更精确地控制哪些层在 YOLOv5 中被冻结时，可以采取以下步骤：

1. 查看模型层结构

首先，使用以下代码查看模型的每个层的名称：

for k, v in model.named_parameters():
    print(k)

这将输出模型中每个层的名称，例如 model.0.conv.conv.weight, model.1.conv.weight 等。这有助于你确定每个层在模型中的位置和作用。

2. 自定义冻结层列表

根据你对模型结构的理解，创建一个包含你想要冻结的层的名称的列表。例如，如果你想要冻结第一层和第三层，你可以创建一个列表，如下：

custom_freeze_layers = ['model.0.', 'model.2.']

3. 修改训练脚本以应用自定义冻结

在 train.py 或相应的训练脚本中，修改代码以冻结你选择的层。你可以使用如下代码逻辑：

for k, v in model.named_parameters():
    v.requires_grad = True  # 默认所有层都可训练
    if any(x in k for x in custom_freeze_layers):
        print(f'freezing {k}')
        v.requires_grad = False  # 冻结指定层

这段代码会遍历所有层，并根据你的自定义列表来决定是否冻结每个层。

4. 运行训练

运行修改后的 train.py 脚本来启动训练过程。这时，模型将只在未被冻结的层上更新权重。

使用场景

• 特定的特征提取需求：如果你的数据集与预训练数据集在某些方面非常相似，但在其他方面有显著差异，你可能希望只冻结那些提取通用特征的层。
• 细粒度的模型调整：在某些高级应用中，你可能需要对模型进行微调，以优化对特定类型数据的处理能力。
• 实验和研究：在研究工作中，你可能想要测试不同层对模型性能的具体影响。

通过这种方法，你可以有更多的控制权来决定哪些层应该参与训练过程，哪些层应该保持不变。这种灵活性对于高级用户和研究人员来说非常有价值，因为它允许对模型进行更精细的调整和优化。