Yolo入门:Yolo系列- - - - 3度冲击:yolov3
作者：互联网
在看yolov3之前,建议大家先看下我总结的前两个:
Yolo入门:Yolo系列- - - - 2度冲击:yolov2_0824搞算法的博客-CSDN博客
Yolo入门:Yolo系列- - - - 1度冲击:yolov1_0824搞算法的博客-CSDN博客
然后下面就是正题了,下面这张图是借用别人的
DBL:代码中的Darknetconv2d_BN_Leaky，是yolov3的基本组件.就是卷积+BN+Leaky relu.
resn：n代表数字，有res1，res2, … ,res8等等，表示这个res_block里含有多少个res_unit.
concat：张量拼接.将darknet中间层和后面的某一层的上采样进行拼接.拼接的操作和残差层add的操作是不一样的，拼接会扩充张量的维度，而add只是直接相加不会导致张量维度的改变.
yolov3对之前的算法既有保留又有改进。先分析一下yolov3上保留的东西：
--“分而治之”，从yolo_v1开始，yolo就通过划分单元格来做检测，只是划分的数量不一样；
--采用"leaky ReLU"作为激活函数;
--端到端进行训练。一个loss function搞定训练，只需关注输入端和输出端;
--从yolo_v2开始，yolo就用batch normalization作为正则化、加速收敛和避免过拟合的方法，把BN层和leaky relu层接到每一层卷积层之后;
--多尺度训练。在速度和准确率之间tradeoff。想速度快点，可以牺牲准确率；想准确率高点儿，可以牺牲一点速度;
1.Bounding Box Prediction（）
YOLO v3的Bounding Box由YOLOV2又做出了更好的改进。在yolo_v2和yolov3中，都采用了对图像中的object采用k-means聚类。 feature map中的每一个cell都会预测3个边界框（bounding box） ，每个bounding box都会预测三个东西：
（1）每个框的位置（4个值: 中心坐标tx和ty，框的高度bh和宽度bw）
（2）一个objectness prediction
（3）N个类别，coco数据集80类，voc20类。
三次检测，每次对应的感受野不同:
32倍降采样的感受野最大，适合检测大的目标，所以在输入为416×416时，每个cell的三个anchor box为(116 ,90); (156 ,198); (373 ,326);
16倍适合一般大小的物体，anchor box为(30,61); (62,45); (59,119);
8倍的感受野最小，适合检测小目标，因此anchor box为(10,13); (16,30); (33,23);
所以当输入为416×416时，实际总共有（52×52+26×26+13×13）×3=10647个proposal box。
注意:(下面这张图看着是不是很熟悉,yolov2论文中也有这张图)
2.BackBone
整个yolov3结构里面，是没有池化层和全连接层的。前向传播过程中，张量的尺寸变换是通过改变卷积核的步长来实现的，比如stride=(2, 2)，这就等于将图像边长缩小了一半(即面积缩小到原来的1/4)。在yolo_v2中，要经历5次缩小，会将特征图缩小到原输入尺寸的1/2^5，即1/32。输入为416x416，则输出为13x13(416/32=13)。
yolov3也和yolov2一样，backbone都会将输出特征图缩小到输入的1/32。所以，通常都要求输入图片是32的倍数。可以对比v2和v3的backbone看看：（DarkNet-19 与 DarkNet-53）
yolo_v2中对于前向过程中张量尺寸变换，都是通过 最大池化来进行，一共有5次。而v3是通过卷积核 增大步长来进行，也是5次。(darknet-53最后面有一个全局平均池化，在yolo-v3里面没有这一层，所以张量维度变化只考虑前面那5次)。
这也是416x416输入得到13x13输出的原因。从图2可以看出，darknet-19是不存在残差结构(resblock，从resnet上借鉴过来)的，和VGG是同类型的backbone(属于上一代CNN结构)，而darknet-53是可以和resnet-152正面刚的backbone，看下表：
表1. backbone对比图
从上表也可以看出，darknet-19在速度上仍然占据很大的优势。其实在其他细节也可以看出(比如bounding box prior采用k=9)， yolov3并没有那么追求速度，而是在保证实时性(fps>36)的基础上追求performance。不过前面也说了，你要想更快，还有一个 tiny-darknet作为backbone可以替代darknet-53，在官方代码里用一行代码就可以实现切换backbone。搭用tiny-darknet的yolo，也就是tiny-yolo在轻量和高速两个特点上，显然是state of the art级别，tiny-darknet是和squeezeNet正面刚的网络，详情可以看下表：
所以，有了yolo v3，就真的用不着yolo v2了，更用不着yolo v1了。这也是[yolo官方网站](https://pjreddie.com/darknet/)，在v3出来以后，就没提供v1和v2代码下载链接的原因了
3.LOSS Function
YOLOv3重要改变之一：No more softmaxing the classes。
YOLO v3现在对图像中检测到的对象执行多标签分类。logistic回归用于对anchor包围的部分进行一个目标性评分(objectness score)，即这块位置是目标的可能性有多大。这一步是在predict之前进行的，可以去掉不必要anchor，可以减少计算量。
如果模板框不是最佳的即使它超过我们设定的阈值，我们还是不会对它进行predict。
不同于faster R-CNN的是，yolov3只会对1个prior进行操作，也就是那个最佳prior。而logistic回归就是用来从9个anchor priors中找到objectness score(目标存在可能性得分)最高的那一个。logistic回归就是用曲线对prior相对于 objectness score映射关系的线性建模。
4. predictions across scales
yolov3输出了3个不同尺度的feature map，如上图所示的y1, y2, y3。这也是v3论文中提到的为数不多的改进点：predictions across scales,这个借鉴了FPN(feature pyramid networks)，采用多尺度来对不同size的目标进行检测，越精细的grid cell就可以检测出越精细的物体。
y1,y2和y3的深度都是255，边长的规律是13:26:52
对于COCO类别而言，有80个种类，所以每个box应该对每个种类都输出一个概率。
yolo v3设定的是每个网格单元预测3个box，所以每个box需要有(x, y, w, h, confidence)五个基本参数，然后还要有80个类别的概率。所以3*(5 + 80) = 255。这个255就是这么来的。（还记得yolo v1的输出张量吗？ 7x7x30，只能识别20类物体，而且每个cell只能预测2个box，和v3比起来就像iphone5s和iphone13一样，指的是性能的提升,并不是说iphone5s不好）
v3用上采样的方法来实现这种多尺度的feature map，可以结合图1和图2右边来看，图1中concat连接的两个张量是具有一样尺度的(两处拼接分别是26x26尺度拼接和52x52尺度拼接，通过(2, 2)上采样来保证concat拼接的张量尺度相同)。作者并没有像SSD那样直接采用backbone中间层的处理结果作为feature map的输出，而是和后面网络层的上采样结果进行一个拼接之后的处理结果作为feature map。为什么这么做呢？ 我感觉是有点玄学在里面，一方面避免和其他算法做法重合，另一方面这也许是试验之后并且结果证明更好的选择，再者有可能就是因为这么做比较节省模型size的。
总结:
对于yolov3输出的输出是至关重要的。
第一点， 9个anchor会被三个输出张量平分的。根据大中小三种size各自取自己的anchor。
第二点，每个输出y在每个自己的网格都会输出3个预测框，这3个框是9除以3得到的，这是作者设置的，我们可以从输出张量的维度来看，13x13x255。255是怎么来的呢，3*(5+80)。80表示80个种类，5表示位置信息和置信度，3表示要输出3个prediction。在代码上来看，3*(5+80)中的3是直接由num_anchors//3得到的。
第三点，作者使用了logistic回归来对每个anchor包围的内容进行了一个目标性评分(objectness score)。根据目标性评分来选择anchor prior进行predict，而不是所有anchor prior都会有输出。
标签：box,Yolo,yolov3,入门,darknet,yolo,v3,anchor 来源： https://blog.csdn.net/weixin_40138201/article/details/120786490