[人工智能][深度学习 - 目标检测] YOLO系列（六）：YOLO-V3源码解析：基于配置文件构造网络模型

源码：models.py

1. 读取配置文件

• PyTorch-YOLOv3\config\yolov3.cfg

 def __init__(self, config_path, img_size=416):
        super(Darknet, self).__init__()
        self.module_defs = parse_model_config(config_path)

2. 创建模型

self.hyperparams, self.module_list = create_modules(self.module_defs)

2.1. 读取参数

def create_modules(module_defs):
    """
    Constructs module list of layer blocks from module configuration in module_defs
    """
    hyperparams = module_defs.pop(0)
    output_filters = [int(hyperparams["channels"])]

2.2. 搭建网络结构

按顺序一个模块一个模块的搭建；

 module_list = nn.ModuleList()
 for module_i, module_def in enumerate(module_defs):
        modules = nn.Sequential()

2.2.1. 卷积层

• PyTorch-YOLOv3\config\yolov3.cfg中，一个[convolutional]是一个数据组合：卷积 + batch normalize + ReLU变形体；

[convolutional]
batch_normalize=1
filters=32
size=1
stride=1
pad=1
activation=leaky

1. 读取convolutional数据;
2. 做卷积；
3. 做batch_normalize；
4. 激活函数, ReLU稍微做了点变形体：nn.LeakyReLU(0.1)；
5. 最后三合一数据组成modules加到一个module_list中；

 if module_def["type"] == "convolutional":
            bn = int(module_def["batch_normalize"])
            filters = int(module_def["filters"])
            kernel_size = int(module_def["size"])
            pad = (kernel_size - 1) // 2
            modules.add_module(
                f"conv_{module_i}",
                nn.Conv2d( # 做 2D的卷积
                    in_channels=output_filters[-1],
                    out_channels=filters,
                    kernel_size=kernel_size,
                    stride=int(module_def["stride"]),
                    padding=pad,
                    bias=not bn,
                ),
            )
            # batch_normalize
            if bn:
                modules.add_module(f"batch_norm_{module_i}", nn.BatchNorm2d(filters, momentum=0.9, eps=1e-5))
            # 激活函数, ReLU稍微做了点变形体：nn.LeakyReLU(0.1)；
            if module_def["activation"] == "leaky":
                modules.add_module(f"leaky_{module_i}", nn.LeakyReLU(0.1))
                
     ..............
     ..............
     # Register module list and number of output filters
     module_list.append(modules)

2.2.2. maxpool

V3版本中去掉了这个层；

2.2.3. 上采样upsample

只是定义了一个空层，定义了需要做上采样这件事；

        elif module_def["type"] == "upsample":
            upsample = Upsample(scale_factor=int(module_def["stride"]), mode="nearest")
            modules.add_module(f"upsample_{module_i}", upsample)

2.2.4. route

• 拼接层；
  
  配置文件数据：

[route]
layers = -4

layers = -4：跟前面第几层做拼接；

• 如：当前层-1跟前面第-4层做拼接；
  
  也只是定义了一个空层，定义了需要做这件事；

 elif module_def["type"] == "route": # 输入1：26*26*256 输入2：26*26*128  输出：26*26*（256+128）
      layers = [int(x) for x in module_def["layers"].split(",")]
      filters = sum([output_filters[1:][i] for i in layers])
      modules.add_module(f"route_{module_i}", EmptyLayer()) 

2.2.5. shortcut

• 残差链接层；
  配置文件数据：

[shortcut]
from=-3
activation=linear

2.2.6. 核心：yolo层

如下图示，需要构建3个yolo层；

配置文件数据：

[yolo]
mask = 3,4,5
anchors = 10,13,  16,30,  33,23,  30,61,  62,45,  59,119,  116,90,  156,198,  373,326
classes=80
num=9
jitter=.3
ignore_thresh = .7
truth_thresh = 1
random=1

----

[yolo]
mask = 6,7,8
anchors = 10,13,  16,30,  33,23,  30,61,  62,45,  59,119,  116,90,  156,198,  373,326
classes=80
num=9
jitter=.3
ignore_thresh = .7
truth_thresh = 1
random=1

---

[yolo]
mask = 0,1,2
anchors = 10,13,  16,30,  33,23,  30,61,  62,45,  59,119,  116,90,  156,198,  373,326
classes=80
num=9
jitter=.3
ignore_thresh = .7
truth_thresh = 1
random=1

1. 读取yolo层数据;
2. 指定 先验框的id；
3. 拿到3个先验框实际的大小；
4. 获取类别，比如一共80个类别（猫、狗…）
5. 构建 yolo层；
6. 最后数据组成modules；

      elif module_def["type"] == "yolo":
          # 指定 先验框的id
          anchor_idxs = [int(x) for x in module_def["mask"].split(",")]
          # Extract anchors
          # 拿到3个先验框实际的大小
          anchors = [int(x) for x in module_def["anchors"].split(",")]
          anchors = [(anchors[i], anchors[i + 1]) for i in range(0, len(anchors), 2)]
          anchors = [anchors[i] for i in anchor_idxs]
          # 类别，比如一共80个类别（猫、狗...）
          num_classes = int(module_def["classes"])
          img_size = int(hyperparams["height"])
          # Define detection layer
          # 构建 yolo层
          yolo_layer = YOLOLayer(anchors, num_classes, img_size)
          modules.add_module(f"yolo_{module_i}", yolo_layer)

 # 构建 yolo层
  yolo_layer = YOLOLayer(anchors, num_classes, img_size)
  
  ---
  
# 实现如下：
  
  def __init__(self, anchors, num_classes, img_dim=416):
      super(YOLOLayer, self).__init__()
      self.anchors = anchors
      # 先验框 大小
      self.num_anchors = len(anchors)
      # 先验框 数量
      self.num_classes = num_classes
      # 阈值
      self.ignore_thres = 0.5
      # 损失函数相关
      self.mse_loss = nn.MSELoss()
      self.bce_loss = nn.BCELoss()
      self.obj_scale = 1
      self.noobj_scale = 100
      self.metrics = {}
      self.img_dim = img_dim
      self.grid_size = 0  # grid size