目标检测学习笔记（一）——YoloV4环境配置及代码实现

本文主要是介绍目标检测学习笔记（一）——YoloV4环境配置及代码实现，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

环境配置

windows下的torch=1.2.0环境配置

查看有哪些 虚拟环境 ：conda info --env

Anaconda+Pycharm环境下的PyTorch配置方法

参考

yolov3参考：

YOLOv3 深入理解

视频学习链接：

视频地址：Pytorch 搭建自己的YOLO3目标检测平台（Bubbliiiing 深度学习 教程）

博客地址：睿智的目标检测26——Pytorch搭建yolo3目标检测平台

源码地址

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一、yoloV3算法原理及实现

参考：

睿智的目标检测26——Pytorch搭建yolo3目标检测平台

ResNet50 、 残差网络

神经网络学习小记录20——ResNet50模型的复现详解

昇腾

基于Atlas 200 DK的原版YOLOv3（基于Darknet-53）实现v

yolov3 算法原理

实现代码： darknet.py yolo3.py

主干提取网络 Darknet53 介绍

YoloV3所使用的主干特征提取网络为Darknet53，它具有两个重要特点：

1、Darknet53具有一个重要特点是使用了残差网络Residual，Darknet53中的残差卷积就是首先进行一次卷积核大小为3X3、步长为2的卷积，该卷积会压缩输入进来的特征层的宽和高，此时我们可以获得一个特征层，我们将该特征层命名为layer。之后我们再对该特征层进行一次1X1的卷积和一次3X3的卷积，并把这个结果加上layer，此时我们便构成了残差结构。通过不断的1X1卷积和3X3卷积以及残差边的叠加，我们便大幅度的加深了网络。

残差网络的特点是容易优化，并且能够通过增加相当的深度来提高准确率。其内部的残差块使用了跳跃连接，缓解了在深度神经网络中增加深度带来的梯度消失问题。

2、Darknet53的每一个卷积部分使用了特有的DarknetConv2D结构，每一次卷积的时候进行l2正则化，完成卷积后进行BatchNormalization标准化与LeakyReLU。

普通的ReLU是将所有的负值都设为零，Leaky ReLU则是给所有负值赋予一个非零斜率。以数学的方式我们可以表示为：

残差网络

参考：[神经网络学习小记录20——ResNet50模型的复现详解]((66条消息) 神经网络学习小记录20——ResNet50模型的复现详解_Bubbliiiing的学习小课堂-CSDN博客)

Residual net(残差网络):

将靠前若干层的某一层数据 输出直接 跳过多层 引入到后面数据层的输入部分。
意味着 后面的特征层的内容会有一部分由其前面的 某一层线性贡献。

其结构如下：

深度残差网络的设计是为了 克服由于 网络深度加深而产生的学习效率变低与准确率无法有效提升的问题。

Darknet53

Darknet53 除了最开始的卷积块 Conv2D ,其他都是由残差网络构成的残差块Residual Block

PS：该图有一些小问题，宽高最小的特征层在经过Conv2D Block 5L的处理后，它的shape按照代码应该为(batch_size,13,13,512)，而非图中的(batch_size,13,13,1024)。

• 主干特征提取网络：提取特征

输入是一个416x416x3——>进行下采样，宽高会不断的被压缩，在不断卷积之后 ，通道数（channel数/kernel的数目)由 3 逐渐增多，变为 1024。——>可以获得一堆特征层，用来表示输入进来图片的特征。

• 下采样：

52，52，256
26，26，512    会和  13，13，1024  层的上采样得到的特征层  进行堆叠，构建特征金字塔
13，13，1024   进行5次卷积的操作，会有两个方向的前进，即  分类预测  和  回归预测

• 路径一：分类预测 和 回归预测的结果

13×13×75 = 13×13×3×25 = 13×13×3×（20+1+4） 13，13（把输入的图片划分成13 × 13的网格，每个网格上面存在 3 个先验框），75   -> 13，13，3(3个先验框，它是预先标注在图片上的，用以检测物体)×25（25分为20+1+4）   ->   
13，13，3，20（框内部物体属于某一个类的概率，总共20个类）+1（判别是否有物体）+4（先验框的调整参数，4个参数确定一个框）

13×13×3×（20+1+4） 的理解：预测的结果判断各个网格（13）的 先验框（3）里 是否真的包含物体（1），然后判断物体的种类（20），然后对先验框进行 中心 和 宽高的调整（4），使其变成 预测框

• 路径二：卷积后上采样

上采样会使得特征层宽高得到扩张， 会和 【26，26，512】 特征层进行堆叠，该过程就是在构建特征金字塔，利用特征金字塔可以进行多尺度特征融合，提取出更有效地特征。

26，26，512    会和  13，13，1024  上采样得到的特征层进行堆叠，构建特征金字塔
然后进行5次卷积  
得到：26，26，75  ——>   
分解：26，26，3x25   ——>   26x26x3x（20+1+4）26x26x3x（20+1+4）理解同路径一：13×13×3×（20+1+4）

• 路径三：

同理：

预测部分

参考：

神经网络学习小记录27——数据预处理

睿智的目标检测26——Pytorch搭建yolo3目标检测平台_Bubbliiiing的学习小课堂-CSDN博客

步骤：

从特征获取预则结果

预则结果的解码

在原图上进行绘制

训练部分

计算loss所需参数

pred是什么

target是什么

loss的计算过程

其他参考

yolo系列之yolo v3【深度解析】

DBL: 如图1左下角所示，也就是代码中的Darknetconv2d_BN_Leaky，是yolo_v3的基本组件。就是卷积+BN+Leaky relu。对于v3来说，BN和leaky relu已经是和卷积层不可分离的部分了(最后一层卷积除外)，共同构成了最小组件。

深度学习 BN 、LeakyReLU算法原理

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。这是yolo_v3的大组件，yolo_v3开始借鉴了ResNet的残差结构，使用这种结构可以让网络结构更深(从v2的darknet-19上升到v3的darknet-53，前者没有残差结构)。对于res_block的解释，可以在图1的右下角直观看到，其基本组件也是DBL。

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。

DBL

二维卷积操作（DarknetConv2D）

归一化（BatchNormalization）

非线性激活函数（LeakyReLU）

backbone

整个v3结构里面，是**没有池化层和全连接层**的(下采样层也叫池化层：池化层理解、卷积层与池化层、CNN 入门讲解：什么是全连接层)。

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 1/2^51/25，即1/32。输入为416x416，则输出为13x13(416/32=13)。

yolo_v3也和v2一样，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）

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二、YoloV4 算法原理

参见：睿智的目标检测30——Pytorch搭建YoloV4目标检测平台

YOLOV4改进的部分

1、主干特征提取网络：DarkNet53 => CSPDarkNet53

2、特征金字塔：SPP，PAN

3、分类回归层：YOLOv3（未改变）

4、训练用到的小技巧：Mosaic数据增强、Label Smoothing平滑、CIOU、学习率余弦退火衰减

5、激活函数：使用Mish激活函数

主干特征提取网络Backbone

当输入是416x416时，特征结构如下：

三、YoloV4 算法程序实现

1 训练及预测步骤

训练 P10

VOC2007文件夹 和 voc2yolo4.py

Annotations 存放标签文件

JPEGimages 存放对应图片文件

ImageSets —》 train.txt 存放图片去掉后缀的名字，由

运行voc2yolo4.py程序自动生成的：

voc_annotation.py

• 修改classes为自己要检测的对象

• 运行该py文件，得到：

训练的时候，只需要调用2007_train.txt，即可获取 图片 位置信息 和 图片 内部的信息。

注：文件修改路径后，2007_train.txt也要重新生成：

train.py

• 选择 输入图片尺寸：

  

• 是否使用 余弦退火衰减

• 是否使用 mosaic 数据增强方法

• 是否使用 平滑标签

• 训练自己的 数据集 需要修改 txt文件，输入自己要检测的类。

• 预训练 模型会保存一些比较好的权重，加快训练效率

点击训练，生成.pth文件，保存至logs文件夹中

预测 P11

把训练好的文件放入 model_data文件夹

yolo.py 代码修改

修改 model_path -----》 自己训练好的权值文件，在log文件夹中

修改classes_path -----》 要分的类，在model_data文件夹中

可以在416 与 608 之间进行修改

置信度修改

根据电脑 是否有显卡 设置 是否使用CUDA

predict.py 预测

点击运行

说明

train.py 参数说明P12

2007_train.txt 图片 绝对路径 + 目标信息

anchors_path 指向先验框，对于 yolov4 模型，总共有9个大小先验框，每个网格上默认有三个先验框

训练集和验证集划分

count_anchors P13

如何为自己的yolo模型计算合适的先验框

运行根目录kmeans_for_anchors.py，进行聚类，求先验框

K聚类算法流程：

睿智的目标检测1——IOU的概念与python实例

将框划分进9个聚类中：1 - IOU（重合程度：交的面积/并的面积） 获得 偏移程度，即 所有的框 距离这 9 个聚类中心的距离，再根据这个距离 对所有的 框 进行划分，划分成9个区域。

对 9 个区域中的框 取平均，重新作为聚类中心，进行下一轮循环，直到聚类中心 不再改变为止。

注：原始先验框 基于coco数据集，适用性很高，可以不用进行替换

马赛克数据增强 P14

睿智的目标检测28——YoloV4当中的Mosaic数据增强方法

利用CIOU计算 回归损失 P15

yolo_training.py

利用 CIOU 对BBox回归损失进行优化

LOSS计算过程 P16

yolo_training.py

LOSS计算过程：

YOLOLoss forward

先验框中是否有物体，

先验框中物体的种类

get_target

真实框 先验框

功能：对真实框做出判断，找到对应的网格点，找到对应的先验框，帮助我们获得网络应该有的预测结果 。

get_target

功能：帮助我们找到应该忽略哪些副样本，并且获得网络的预测框。

返回 noobj_mask 副样本

​ pred_boxes 网络解码后的预测框

2 绘图

计算map并绘图

参考：

睿智的目标检测20——利用mAP计算目标检测精确度_Bubbliiiing的学习小课堂-CSDN博客_睿智的目标检测

检测精度mAP和pr曲线计算参考视频

什么是AP

AP事实上指的是，利用不同的Precision和Recall的点的组合，画出来的曲线下面的面积。
如下面这幅图所示。

当我们取不同的置信度，可以获得不同的Precision和不同的Recall，当我们取得置信度够密集的时候，就可以获得非常多的Precision和Recall。

此时Precision和Recall可以在图片上画出一条线，这条线下部分的面积就是某个类的AP值。mAP就是所有的类的AP值求平均。

依次运行：

get_gt_txt.py detection-results：指的是预测结果的txt。

get_dr_txt.py ground-truth：指的是真实框的txt。

get_map.py

绘制loss曲线

参考：

Pytorch Tensorboard可视化工具（Bubbliiiing 深度学习 教程）_哔哩哔哩_bilibili

(75条消息) 神经网络学习小记录49——Pytorch当中Tensorboard的使用_Bubbliiiing的学习小课堂-CSDN博客

SummaryWriter()

这个函数用于创建一个tensorboard文件，其中常用参数有：

• log_dir：tensorboard文件的存放路径
• flush_secs：表示写入tensorboard文件的时间间隔

调用方式如下：

writer = SummaryWriter(log_dir='logs',flush_secs=60)

writer.add_graph()

这个函数用于在tensorboard中创建Graphs，Graphs中存放了网络结构，其中常用参数有：

• model：pytorch模型
• input_to_model：pytorch模型的输入

if Cuda:graph_inputs = torch.from_numpy(np.random.rand(1,3,input_shape[0],input_shape[1])).type(torch.FloatTensor).cuda()
else:graph_inputs = torch.from_numpy(np.random.rand(1,3,input_shape[0],input_shape[1])).type(torch.FloatTensor)
writer.add_graph(model, (graph_inputs,))

writer.add_scalar()

这个函数用于在tensorboard中加入loss，其中常用参数有：

• tag：标签，如下图所示的Train_loss

• scalar_value：标签的值

• global_step：标签的x轴坐标
  
  调用方式如下：

  writer.add_scalar('Train_loss', loss, (epoch*epoch_size + iteration))
  

tensorboard --logdir =

在完成tensorboard文件的生成后，可在命令行调用该文件，tensorboard网址。
具体代码如下：

tensorboard --logdir=D:\Study\Collection\Tensorboard-pytorch\logs

问题及解决方案

问题1：No module named 'past’

pip3 install future

问题2：No module named 'tensorboard.summary.writer

pip --default-timeout=100 install tensorboard==1.14.0 -i http://pypi.douban.com/simple/ --trusted-host pypi.douban.com

C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:516: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint8 = np.dtype([("qint8", np.int8, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:517: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_quint8 = np.dtype([("quint8", np.uint8, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:518: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint16 = np.dtype([("qint16", np.int16, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:519: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_quint16 = np.dtype([("quint16", np.uint16, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:520: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint32 = np.dtype([("qint32", np.int32, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorflow\python\framework\dtypes.py:525: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'.np_resource = np.dtype([("resource", np.ubyte, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:541: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint8 = np.dtype([("qint8", np.int8, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:542: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_quint8 = np.dtype([("quint8", np.uint8, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:543: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint16 = np.dtype([("qint16", np.int16, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:544: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_quint16 = np.dtype([("quint16", np.uint16, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:545: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'._np_qint32 = np.dtype([("qint32", np.int32, 1)])
C:\ProgramData\Anaconda3\envs\python36tfgpu\lib\site-packages\tensorboard\compat\tensorflow_stub\dtypes.py:550: FutureWarning: Passing (type, 1) or '1type' as a synonym of type is deprecated; in a future version of numpy, it will be understood as (type, (1,)) / '(1,)type'.np_resource = np.dtype([("resource", np.ubyte, 1)])

问题原因

Numpy版本过高

解决方法

安装低版本的Numpy即可。
执行 pip install numpy==1.16.4

3 相关应用

通过snap7与西门子PLC通信

安装snap7

pip install python-snap7

下载snap7的动态链接文件

四、相关问题

问题汇总

voc_annotation.py问题

AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'text'

(64条消息) 模型训练报错AttributeError: ‘NoneType‘ object has no attribute ‘text‘_u014479551的专栏-CSDN博客

出现了gbk什么的编码错误

UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0xa6 in position 446: illegal multibyte sequence

答：标签和路径不要使用中文，如果一定要使用中文，请注意处理的时候编码的问题，改成打开文件的encoding方式改为utf-8。

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这篇关于目标检测学习笔记（一）——YoloV4环境配置及代码实现的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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