基于YOLOv8的工业油污缺陷检测，多种优化方法---DCNV4_SPPF助力涨点，mAP@0.5提升近四个点（一）

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AI小怪兽

修改于 2024-02-03 11:26:23

2680

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文章被收录于专栏：YOLO大作战YOLO大作战

💡💡💡本文主要内容:详细介绍了工业油污缺陷检测整个过程，从数据集到训练模型到结果可视化分析，以及如何优化提升检测性能。

💡💡💡加入DCNV4_SPPF mAP@0.5由原始的0.648提升至0.684

1.工业油污数据集介绍

三星油污缺陷类别：头发丝和小黑点，["TFS","XZW"]

数据集大小：660张

2.基于YOLOv8的工业油污检测

2.1 修改sanxing.yaml

path: ./data/sanxing  # dataset root dir
train: trainval.txt  # train images (relative to 'path') 118287 images
val: test.txt  # val images (relative to 'path') 5000 images

# number of classes
nc: 2

# class names
names:
  0: TFS
  1: XZW

2.2 开启训练

import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
from ultralytics import YOLO

if __name__ == '__main__':
    model = YOLO('ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml')
    model.train(data='data/sanxing/sanxing.yaml',
                cache=False,
                imgsz=640,
                epochs=200,
                batch=16,
                close_mosaic=10,
                workers=0,
                device='0',
                optimizer='SGD', # using SGD
                project='runs/train',
                name='exp',
                )

3.结果可视化分析

YOLOv8 summary (fused): 168 layers, 3006038 parameters, 0 gradients, 8.1 GFLOPs
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 3/3 [00:03<00:00,  1.30s/it]
                   all         66        187      0.741      0.554      0.648      0.302
                   TFS         66        130      0.604      0.423      0.531      0.242
                   XZW         66         57      0.877      0.684      0.766      0.361

F1_curve.png：F1分数与置信度（x轴）之间的关系。F1分数是分类的一个衡量标准，是精确率和召回率的调和平均函数，介于0，1之间。越大越好。

TP：真实为真，预测为真；

FN：真实为真，预测为假；

FP：真实为假，预测为真；

TN：真实为假，预测为假；

精确率（precision）=TP/(TP+FP)

召回率(Recall)=TP/(TP+FN)

F1=2*（精确率*召回率）/（精确率+召回率）

PR_curve.png ：PR曲线中的P代表的是precision（精准率），R代表的是recall（召回率），其代表的是精准率与召回率的关系。

R_curve.png ：召回率与置信度之间关系

results.png

mAP_0.5:0.95表示从0.5到0.95以0.05的步长上的平均mAP.

预测结果：

4.如何优化模型

4.1 加入DCNv4

论文： https://arxiv.org/pdf/2401.06197.pdf

摘要：我们介绍了可变形卷积v4 (DCNv4)，这是一种高效的算子，专为广泛的视觉应用而设计。DCNv4通过两个关键增强解决了其前身DCNv3的局限性:去除空间聚合中的softmax归一化，增强空间聚合的动态性和表现力;优化内存访问以最小化冗余操作以提高速度。与DCNv3相比，这些改进显著加快了收敛速度，并大幅提高了处理速度，其中DCNv4的转发速度是DCNv3的三倍以上。DCNv4在各种任务中表现出卓越的性能，包括图像分类、实例和语义分割，尤其是图像生成。当在潜在扩散模型中与U-Net等生成模型集成时，DCNv4的性能优于其基线，强调了其增强生成模型的可能性。在实际应用中，将InternImage模型中的DCNv3替换为DCNv4来创建FlashInternImage，无需进一步修改即可使速度提高80%，并进一步提高性能。DCNv4在速度和效率方面的进步，以及它在不同视觉任务中的强大性能，显示了它作为未来视觉模型基础构建块的潜力。

图1所示。(a)我们以DCNv3为基准显示相对运行时间。DCNv4比DCNv3有明显的加速，并且超过了其他常见的视觉算子。(b)在相同的网络架构下，DCNv4收敛速度快于其他视觉算子，而DCNv3在初始训练阶段落后于视觉算子。

4.2 DCNv4和SPPF结合

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# YOLOv8 object detection model with P3-P5 outputs. For Usage examples see https://docs.ultralytics.com/tasks/detect

# Parameters
nc: 80  # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n.yaml' will call yolov8.yaml with scale 'n'
  # [depth, width, max_channels]
  n: [0.33, 0.25, 1024]  # YOLOv8n summary: 225 layers,  3157200 parameters,  3157184 gradients,   8.9 GFLOPs
  s: [0.33, 0.50, 1024]  # YOLOv8s summary: 225 layers, 11166560 parameters, 11166544 gradients,  28.8 GFLOPs
  m: [0.67, 0.75, 768]   # YOLOv8m summary: 295 layers, 25902640 parameters, 25902624 gradients,  79.3 GFLOPs
  l: [1.00, 1.00, 512]   # YOLOv8l summary: 365 layers, 43691520 parameters, 43691504 gradients, 165.7 GFLOPs
  x: [1.00, 1.25, 512]   # YOLOv8x summary: 365 layers, 68229648 parameters, 68229632 gradients, 258.5 GFLOPs

# YOLOv8.0n backbone
backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]  # 0-P1/2
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]  # 1-P2/4
  - [-1, 3, C2f, [128, True]]
  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]  # 3-P3/8
  - [-1, 6, C2f, [256, True]]
  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]  # 5-P4/16
  - [-1, 6, C2f, [512, True]]
  - [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]]  # 7-P5/32
  - [-1, 3, C2f, [1024, True]]
  - [-1, 1, DCNv4_SPPF, [1024, 5]]  # 9

# YOLOv8.0n head
head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 6], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 12

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P3
  - [-1, 3, C2f, [256]]  # 15 (P3/8-small)

  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
  - [[-1, 12], 1, Concat, [1]]  # cat head P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 18 (P4/16-medium)

  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
  - [[-1, 9], 1, Concat, [1]]  # cat head P5
  - [-1, 3, C2f, [1024]]  # 21 (P5/32-large)

  - [[15, 18, 21], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P3, P4, P5)

4.3 实验结果分析

mAP@0.5由原始的0.648提升至0.684

YOLOv8_DCNv4_SPPF summary (fused): 179 layers, 4860278 parameters, 0 gradients, 9.6 GFLOPs
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 3/3 [00:04<00:00,  1.38s/it]
                   all         66        187      0.705      0.635      0.684      0.344
                   TFS         66        130      0.608      0.515      0.544      0.257
                   XZW         66         57      0.802      0.754      0.825       0.43