YOLOv3网络结构细致解析

YOLOv3网络结构细致解析

先贴一张结构图镇楼：

layer filters size input output
0 conv 32 3 x 3 / 1 416 x 416 x 3 -> 416 x 416 x 32 0.299 BFLOPs
1 conv 64 3 x 3 / 2 416 x 416 x 32 -> 208 x 208 x 64 1.595 BFLOPs
2 conv 32 1 x 1 / 1 208 x 208 x 64 -> 208 x 208 x 32 0.177 BFLOPs
3 conv 64 3 x 3 / 1 208 x 208 x 32 -> 208 x 208 x 64 1.595 BFLOPs
4 res 1 208 x 208 x 64 -> 208 x 208 x 64
5 conv 128 3 x 3 / 2 208 x 208 x 64 -> 104 x 104 x 128 1.595 BFLOPs
6 conv 64 1 x 1 / 1 104 x 104 x 128 -> 104 x 104 x 64 0.177 BFLOPs
7 conv 128 3 x 3 / 1 104 x 104 x 64 -> 104 x 104 x 128 1.595 BFLOPs
8 res 5 104 x 104 x 128 -> 104 x 104 x 128
9 conv 64 1 x 1 / 1 104 x 104 x 128 -> 104 x 104 x 64 0.177 BFLOPs
10 conv 128 3 x 3 / 1 104 x 104 x 64 -> 104 x 104 x 128 1.595 BFLOPs
11 res 8 104 x 104 x 128 -> 104 x 104 x 128
12 conv 256 3 x 3 / 2 104 x 104 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
13 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
14 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
15 res 12 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
16 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
17 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
18 res 15 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
19 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
20 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
21 res 18 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
22 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
23 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
24 res 21 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
25 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
26 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
27 res 24 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
28 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
29 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
30 res 27 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
31 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
32 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
33 res 30 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
34 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
35 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
36 res 33 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 256
37 conv 512 3 x 3 / 2 52 x 52 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
38 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
39 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
40 res 37 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
41 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
42 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
43 res 40 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
44 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
45 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
46 res 43 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
47 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
48 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
49 res 46 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
50 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
51 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
52 res 49 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
53 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
54 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
55 res 52 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
56 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
57 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
58 res 55 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
59 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
60 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
61 res 58 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 512
62 conv 1024 3 x 3 / 2 26 x 26 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
63 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
64 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
65 res 62 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x1024
66 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
67 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
68 res 65 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x1024
69 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
70 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
71 res 68 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x1024
72 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
73 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
74 res 71 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x1024
75 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
76 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
77 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
78 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
79 conv 512 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 512 0.177 BFLOPs
80 conv 1024 3 x 3 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x1024 1.595 BFLOPs
81 conv 75 1 x 1 / 1 13 x 13 x1024 -> 13 x 13 x 75 0.026 BFLOPs
82 yolo
83 route 79
84 conv 256 1 x 1 / 1 13 x 13 x 512 -> 13 x 13 x 256 0.044 BFLOPs
85 upsample 2x 13 x 13 x 256 -> 26 x 26 x 256
86 route 85 61
87 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 768 -> 26 x 26 x 256 0.266 BFLOPs
88 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
89 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
90 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
91 conv 256 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 256 0.177 BFLOPs
92 conv 512 3 x 3 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 512 1.595 BFLOPs
93 conv 75 1 x 1 / 1 26 x 26 x 512 -> 26 x 26 x 75 0.052 BFLOPs
94 yolo
95 route 91
96 conv 128 1 x 1 / 1 26 x 26 x 256 -> 26 x 26 x 128 0.044 BFLOPs
97 upsample 2x 26 x 26 x 128 -> 52 x 52 x 128
98 route 97 36
99 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 384 -> 52 x 52 x 128 0.266 BFLOPs
100 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
101 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
102 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
103 conv 128 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 128 0.177 BFLOPs
104 conv 256 3 x 3 / 1 52 x 52 x 128 -> 52 x 52 x 256 1.595 BFLOPs
105 conv 75 1 x 1 / 1 52 x 52 x 256 -> 52 x 52 x 75 0.104 BFLOPs
106 yolo

然后逐层解析：

卷积层：

• layer filters size input output
  0 conv 32 3 x 3 / 1 416 x 416 x 3 -> 416 x 416 x 32 0.299 BFLOPs
  输入层：
  • 输入：像素为416*416，通道数为3的的图片（开启random参数的话可以自适应以32为基础的变化，）
  • BN操作：对输入进行BN操作（这里未显示）。
  • 卷积操作：32层卷积核（filters），每个卷积核大小为3*3，步伐为1（每个卷积窗口逐步进行卷积）。
  • 输出：32个通道的416*416大小的feature map

res层（shortcut操作）：

• layer filters size input output
  4 res 1 208 x 208 x 64 -> 208 x 208 x 64
  res层：
  • 输入与输出：输入与输出一般保持一致，并且不进行其他操作，只是求差。
  • 处理操作：res层来源于resnet，为了解决网络的梯度弥散或者梯度爆炸的现象，提出将深层神经网络的逐层训练改为逐阶段训练，将深层神经网络分为若干个子段，每个小段包含比较浅的网络层数，然后用shortcut的连接方式使得每个小段对于残差进行训练，每一个小段学习总差（总的损失）的一部分，最终达到总体较小的loss，同时，很好的控制梯度的传播，避免出现梯度消失或者爆炸等不利于训练的情形。

darknet-53:

• 从第0层一直到74层，一共有53个卷积层，其余为res层。这就是Joseph Redmon大神提出的darknet-53经典的卷积层了。作为yolov3特征提取的主要网络结构。预训练（以imagenet数据集为训练基础）的权重文件可以通过官网下载。该结构使用一系列的3*3和1*1的卷积的卷积层。这些卷积层是从各个主流网络结构选取性能比较好的卷积层进行整合得到。它比darknet-19效果好很多，同时，它在效果更好的情况下，是resnet-101效率的1.5倍，几乎与resnet-152的效果相同的情况下，保持2倍于resnet-152的效率。

YOLO部分

从75到105层我为yolo网络的特征交互层，分为三个尺度，每个尺度内，通过卷积核的方式实现局部的特征交互，作用类似于全连接层但是是通过卷积核（3*3和1*1）的方式实现feature map之间的局部特征（fc层实现的是全局的特征交互）交互。

• 最小尺度yolo层：
  • 输入：13*13的feature map ，一共1024个通道。
  • 操作：一系列的卷积操作，feature map的大小不变，但是通道数最后减少为75个。
  • 输出；输出13*13大小的feature map，75个通道，在此基础上进行分类和位置回归。

• 中尺度yolo层：

  • 输入：将79层的13*13、512通道的feature map进行卷积操作，生成13*13、256通道的feature map，然后进行上采样，生成26*26、256通道的feature map，同时于61层的26*26、512通道的中尺度的feature map合并。再进行一系列卷积操作，
  • 操作：一系列的卷积操作，feature map的大小不变，但是通道数最后减少为75个。
  • 输出：26*26大小的feature map，75个通道，然后在此进行分类和位置回归。

• 大尺度的yolo层：

  • 输入：将91层的26*26、256通道的feature map进行卷积操作，生成26*26、128通道的feature map，然后进行上采样生成52*52、128通道的feature map，同时于36层的52*52、256通道的中尺度的feature map合并。再进行一系列卷积操作，
  • 操作：一系列的卷积操作，feature map的大小不变，但是通道数最后减少为75个。
  • 输出：52*52大小的feature map，75个通道，然后在此进行分类和位置回归。

整个网络结构就是这样了。