新加入同学期待已久的YOLO V3

作者：Edison_G

计算机视觉研究院

好久不见各位研友（研究好友，不是考研的小伙伴，嘿嘿）！最近，因为博主事情比较繁忙，没有花更多的时间在我们的平台，希望关注支持我们的您，原谅我们更新的速度，希望大家继续支持我们，谢谢！

刚结束自己的手头事情，就想到给大家更新点东西，然后就想到了YOLO V3的东西，因为之前自己有认真研读，发现确实了不起的框架，但是如果有对V1和V2了解的，一定很熟悉了，今天我就和大家来分享下最近的框架——YOLO V3。

论文：https://pjreddie.com/media/files/papers/YOLOv3.pdf

代码：https://github.com/pjreddie/darknet

要不先来简单回忆下YOLO系列的框架。YOLO算法，从V1到V2，再到现在的V3系列，算法的性能在不断改进，以至于现在成为了开源通用目标检测算法的佼佼者。

一直以来，在计算机视觉领域有一个问题待解决，那就是如何检测两个距离很近的同类的目标或不同类目标？大多数的算法都会对输入的图像数据进行尺度变化，缩放到较小的分辨率情况下，但是一般在这总情况下只会给出一个Bounding Box，主要由于特征提取过程中将这总情况人为是一个目标。（本来就很近，一放缩之间的近距离越发明显了），但是实际这是两个相同或不同的目标。这个难题就是目标检测领域内的一个挑战。

对小目标检测，有很多新的算法，但是YOLO V3版本却做到了，它对这种距离很近的目标或者小目标有很好的鲁棒性，虽然不能百分百检测，但是这个难题得到了很大程度的解决。

这也是为什么写这篇文章的目的，在于见证一下这个算法的神奇。其实，百分百的检测，在我看来事实上是不存在的。

YOLO的V1和V2都不如SSD的算法，主要原因是V1的448尺寸和V2版本的416尺寸都不如SSD的300，以上结论都是实验测试的，V3版本的416应该比SSD512好，可见其性能。

对官方YOLO做了实验，实验中，采用同一个视频、同一张显卡，在阈值为0.3的前提下，对比了V3和V2的测试效果之后，有了下面两个疑问：

• V3和V2的测试性能可以有较大的提升，但速度却没有降低？
• V3性能上为啥有这么大的改进？对小目标检测变得这么好？

如果看了V3论文的，应该很清楚结果，如下：

Loss不同：将YOLO V3替换了V2中的Softmax loss变成Logistic loss，而且每个GT只匹配一个先验框；

Anchor bbox prior不同：V2用了5个anchor，V3用了9个anchor，提高了IOU；

Detection的策略不同：V2只有一个detection，V3设置有3个，分别是一个下采样的，Feature map为13*13，还有2个上采样的eltwise sum，Feature map分别为26*26和52*52，也就是说，V3的416版本已经用到了52的Feature map，而V2把多尺度考虑到训练的data采样上，最后也只是用到了13的Feature map，这应该是对小目标影响最大的地方；

Backbone不同：V2的Darknet-19变成了V3的Darknet-53，这与上一个有关。

另外V3还是用了一连串的3*3、1*1卷积，其中，3*3的卷积增加channel，而1*1的卷积在于压缩3*3卷积后的特征表示，这波操作很具有实用性。

V2日志信息：

V3的日志信息：

简单分析：YOLO V2是一个纵向自上而下的网络架构，随着通道数目的不断增加，FLOPS是不断增加的，而V3网络架构是横纵交叉的，看着卷积层多，其实很多通道的卷积层没有继承性，另外，虽然V3增加了anchor centroid，但是对GT的估计变得更加简单，每个GT只匹配一个先验框，而且每个尺度只预测3个框，V2预测5个框，这样的话也降低了复杂度。

YOLO V3

YOLO V3在Pascal Titan X上处理608x608图像速度达到20FPS，在 COCO test-dev 上 mAP@0.5 达到 57.9%，与RetinaNet的结果相近，并且速度快了4倍。YOLO V3的模型比之前的模型复杂了不少，可以通过改变模型结构的大小来权衡速度与精度。 速度对比如下：

改进之处：

• 多尺度预测；
• 更好的基础分类网络和分类器。

多尺度预测：

每种尺度预测3个box, anchor的设计方式仍然使用聚类,得到9个聚类中心,将其按照大小均分给3中尺度。

• 尺度1：在基础网络之后添加一些卷积层再输出box信息；
• 尺度2：从尺度1中的倒数第二层的卷积层上采样(x2)再与最后一个16x16大小的特征图相加,再次通过多个卷积后输出box信息，相比尺度1变大两倍；
• 尺度3：与尺度2类似,使用了32x32大小的特征图。

分类器-类别预测：

YOLO V3不使用Softmax对每个框进行分类，主要考虑因素有两个：

• Softmax使得每个框分配一个类别（score最大的一个），而对于Open Images这种数据集，目标可能有重叠的类别标签，因此Softmax不适用于多标签分类；
• Softmax可被独立的多个logistic分类器替代，且准确率不会下降。分类损失采用binary cross-entropy loss。

基础网络 Darknet-53

仿ResNet, 与ResNet-101或ResNet-152准确率接近,但速度更快。对比如下:

YOLO V3网络结构如下：

边框预测

优缺点分析：

优点：

• 快速，pipline简单，背景误检率低，通用性强。

YOLO V3对非自然图像物体的检测率远远高于DPM和RCNN系列检测方法。但相比RCNN系列物体检测方法，YOLO V3具有以下缺点：

缺点：

• 识别物体位置精准性差，召回率低。

在每个网格中预测两个bbox这种约束方式减少了对同一目标的多次检测(R-CNN使用的region proposal方式重叠较多)，相比R-CNN使用Selective Search产生2000个proposal（RCNN测试时每张超过40秒），YOLO仅使用7x7x2个。

实验结果：

自己也在数据集上做了一些实验：用的数据集也是最近比较火的数据集——王者荣耀游戏数据。

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