深入浅出 Yolo 系列之 Yolov7 基础网络结构详解

Posted 2022-07-27 计算机视觉linke

从 2015 年的 YOLOV1，2016 年 YOLOV2，2018 年的 YOLOV3，到 2020 年的 YOLOV4、 YOLOV5， 以及最近出现的 YOLOV76 和 YOLOV7 可以说 YOLO 系列见证了深度学习时代目标检测的演化。对于 YOLO 的基础知识以及 YOLOV1 到 YOLOV5 可以去看大白的 YOLO 系列，本文主要对 YOLOV7 的网络结构进行一个梳理，便于大家直观的感受。

1. YOLOV7 整体结构

我们先整体来看下 YOLOV7，首先对输入的图片 resize 为 640x640 大小，输入到 backbone 网络中，然后经 head 层网络输出三层不同 size 大小的 feature map，经过 Rep 和 conv输出预测结果，这里以 coco 为例子，输出为 80 个类别，然后每个输出(x ,y, w, h, o) 即坐标位置和前后背景，3 是指的 anchor 数量，因此每一层的输出为 (80+5)x3 = 255再乘上 feature map 的大小就是最终的输出了。

2. backbone

YOLOV7 的 backbone 如下图所示

总共有 50 层, 我在上图用黑色数字把关键层数标示出来了。
首先是经过 4 层卷积层，如下图，CBS 主要是 Conv + BN + SiLU 构成，我在图中用不同的颜色表示不同的 size 和 stride, 如 (3, 2) 表示卷积核大小为 3 ，步长为 2。 在 config 中的配置如图。

经过 4个 CBS 后，特征图变为 160 * 160 * 128 大小。随后会经过论文中提出的 ELAN 模块，ELAN 由多个 CBS 构成，其输入输出特征大小保持不变，通道数在开始的两个 CBS 会有变化， 后面的几个输入通道都是和输出通道保持一致的，经过最后一个 CBS 输出为需要的通道。



MP 层 主要是分为 Maxpool 和 CBS , 其中 MP1 和 MP2 主要是通道数的比变化。

backbone的基本组件就介绍完了，我们整体来看下 backbone，经过 4 个 CBS 后，接入例如一个 ELAN ，然后后面就是三个 MP + ELAN 的输出，对应的就是 C3/C4/C5 的输出，大小分别为 80 * 80 * 512 ， 40 * 40 * 1024， 20 * 20 * 1024。 每一个 MP 由 5 层， ELAN 有 8 层， 所以整个 backbone 的层数为 4 + 8 + 13 * 3 = 51 层， 从 0 开始的话，最后一层就是第 50 层。

3. head

YOLOV7 head 其实就是一个 pafpn 的结构，和之前的YOLOV4，YOLOV5 一样。首先，对于 backbone 最后输出的 32 倍降采样特征图 C5，然后经过 SPPCSP，通道数从1024变为512。先按照 top down 和 C4、C3融合，得到 P3、P4 和 P5；再按 bottom-up 去和 P4、P5 做融合。


这里基本和 YOLOV5 是一样的，区别在于将 YOLOV5 中的 CSP 模块换成了 ELAN-H 模块， 同时下采样变为了 MP2 层。 ELAN-H 模块是我自己命名的，它和 backbone 中的 ELAN 稍微有点区别就是 cat 的数量不同。

至于 E-ELAN 论文中说到是在 YOLOV7-E6eE中用到, 但是我在看代码的时候，有点没太明白是怎么做 shuffle 的，这里等我弄明白了再补上来。

对于 pafpn 输出的 P3、P4 和 P5 ， 经过 RepConv 调整通道数，最后使用 1x1 卷积去预测 objectness、class 和 bbox 三部分。
RepConv 在训练和推理是有一定的区别。训练时有三个分支的相加输出，部署时会将分支的参数重参数化到主分支上。

end

至此，我们将 YOLOV7 的基本结构介绍完了，至于 YOLOv7 的其他知识，如Aux Head 等以及 YOLOv7 的其他网络结构，我们后续再讲。 梳理可能有未理解正确的地方，欢迎交流。