YOLOv11对比YOLOV8网络结构变化分析,帮助你真正的理解和学习yolo框架

本文在大佬的文章YOLOv11 | 一文带你深入理解ultralytics最新作品yolov11的创新 | 训练、推理、验证、导出 (附网络结构图)基础上做了一些补充。

一、YOLOv11和YOLOv8对比

在这里插入图片描述

二、YOLOv11的网络结构图

下面的图片为YOLOv11的网络结构图。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

三、YOLOv11新提出的模块

1、 提出C3k2机制,其中C3k2有参数为c3k,其中在网络的浅层c3k设置为False(下图中可以看到c3k2第二个参数被设置为False,就是对应的c3k参数)。

在这里插入图片描述
C3k2就相当于YOLOv8中的C2f,其网络结构为一致的,其中的C3k机制的网络结构图如下图所示
在这里插入图片描述
可将yolov11训练好的pt模型,通过命令转化成onnx模型:

yolo task=detect mode=export model=runs/detect/train/weights/best.pt format=onnx 

再送入Netron网站打开,获取模型结构。
要想获得每一层的特征图大小,如下图所示,需要对转化好的onnx进行简化后得到的模型再送入Netron打开即可。
sim命令如下:

pip install onnx-simplifier
python -m onnxsim /runs/detect/train/weights/best.onnx  runs/detect/train/weights/best_sim.onnx

以下yolov11s的第3层c3k2(第二个参数设置为False)的onnx结构图。
在这里插入图片描述
由于s的depth=0.5,所以yaml文件中卷积通道数减半。
在这里插入图片描述
以下是第6层c3k2第二个参数设置为True的onnx结构图。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

yolov11模块代码:

class C3k2(C2f):
    """Faster Implementation of CSP Bottleneck with 2 convolutions."""

    def __init__(self, c1, c2, n=1, c3k=False, e=0.5, g=1, shortcut=True):
        """Initializes the C3k2 module, a faster CSP Bottleneck with 2 convolutions and optional C3k blocks."""
        super().__init__(c1, c2, n, shortcut, g, e)
        self.m = nn.ModuleList(
            C3k(self.c, self.c, 2, shortcut, g) if c3k else Bottleneck(self.c, self.c, shortcut, g) for _ in range(n)
        )
class C3k(C3):
    """C3k is a CSP bottleneck module with customizable kernel sizes for feature extraction in neural networks."""

    def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=True, g=1, e=0.5, k=3):
        """Initializes the C3k module with specified channels, number of layers, and configurations."""
        super().__init__(c1, c2, n, shortcut, g, e)
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        # self.m = nn.Sequential(*(RepBottleneck(c_, c_, shortcut, g, k=(k, k), e=1.0) for _ in range(n)))
        self.m = nn.Sequential(*(Bottleneck(c_, c_, shortcut, g, k=(k, k), e=1.0) for _ in range(n)))


class Bottleneck(nn.Module):
    """Standard bottleneck."""

    def __init__(self, c1, c2, shortcut=True, g=1, k=(3, 3), e=0.5):
        """Initializes a standard bottleneck module with optional shortcut connection and configurable parameters."""
        super().__init__()
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, k[0], 1)
        self.cv2 = Conv(c_, c2, k[1], 1, g=g)
        self.add = shortcut and c1 == c2

    def forward(self, x):
        """Applies the YOLO FPN to input data."""
        return x + self.cv2(self.cv1(x)) if self.add else self.cv2(self.cv1(x))

2、第二个创新点是提出C2PSA机制,这是一个C2(C2f的前身)机制内部嵌入了一个多头注意力机制,在这个过程中我还发现作者尝试了C2fPSA机制但是估计效果不如C2PSA,有的时候机制有没有效果理论上真的很难解释通,下图为C2PSA机制的原理图,仔细观察把Attention哪里去掉则C2PSA机制就变为了C2所以我上面说C2PSA就是C2里面嵌入了一个PSA机制。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
以下是第10层C2PSA第二个参数设置为True的onnx结构图。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述


class C2PSA(nn.Module):
    """
    C2PSA module with attention mechanism for enhanced feature extraction and processing.

    This module implements a convolutional block with attention mechanisms to enhance feature extraction and processing
    capabilities. It includes a series of PSABlock modules for self-attention and feed-forward operations.

    Attributes:
        c (int): Number of hidden channels.
        cv1 (Conv): 1x1 convolution layer to reduce the number of input channels to 2*c.
        cv2 (Conv): 1x1 convolution layer to reduce the number of output channels to c.
        m (nn.Sequential): Sequential container of PSABlock modules for attention and feed-forward operations.

    Methods:
        forward: Performs a forward pass through the C2PSA module, applying attention and feed-forward operations.

    Notes:
        This module essentially is the same as PSA module, but refactored to allow stacking more PSABlock modules.

    Examples:
        >>> c2psa = C2PSA(c1=256, c2=256, n=3, e=0.5)
        >>> input_tensor = torch.randn(1, 256, 64, 64)
        >>> output_tensor = c2psa(input_tensor)
    """

    def __init__(self, c1, c2, n=1, e=0.5):
        """Initializes the C2PSA module with specified input/output channels, number of layers, and expansion ratio."""
        super().__init__()
        assert c1 == c2
        self.c = int(c1 * e)
        self.cv1 = Conv(c1, 2 * self.c, 1, 1)
        self.cv2 = Conv(2 * self.c, c1, 1)

        self.m = nn.Sequential(*(PSABlock(self.c, attn_ratio=0.5, num_heads=self.c // 64) for _ in range(n)))

    def forward(self, x):
        """Processes the input tensor 'x' through a series of PSA blocks and returns the transformed tensor."""
        a, b = self.cv1(x).split((self.c, self.c), dim=1)
        b = self.m(b)
        return self.cv2(torch.cat((a, b), 1))
class PSABlock(nn.Module):
    """
    PSABlock class implementing a Position-Sensitive Attention block for neural networks.

    This class encapsulates the functionality for applying multi-head attention and feed-forward neural network layers
    with optional shortcut connections.

    Attributes:
        attn (Attention): Multi-head attention module.
        ffn (nn.Sequential): Feed-forward neural network module.
        add (bool): Flag indicating whether to add shortcut connections.

    Methods:
        forward: Performs a forward pass through the PSABlock, applying attention and feed-forward layers.

    Examples:
        Create a PSABlock and perform a forward pass
        >>> psablock = PSABlock(c=128, attn_ratio=0.5, num_heads=4, shortcut=True)
        >>> input_tensor = torch.randn(1, 128, 32, 32)
        >>> output_tensor = psablock(input_tensor)
    """

    def __init__(self, c, attn_ratio=0.5, num_heads=4, shortcut=True) -> None:
        """Initializes the PSABlock with attention and feed-forward layers for enhanced feature extraction."""
        super().__init__()

        self.attn = Attention(c, attn_ratio=attn_ratio, num_heads=num_heads)
        self.ffn = nn.Sequential(Conv(c, c * 2, 1), Conv(c * 2, c, 1, act=False))
        self.add = shortcut

    def forward(self, x):
        """Executes a forward pass through PSABlock, applying attention and feed-forward layers to the input tensor."""
        x = x + self.attn(x) if self.add else self.attn(x)
        x = x + self.ffn(x) if self.add else self.ffn(x)
        return x

3. 第三个创新点可以说是原先的解耦头中的分类检测头增加了两个DWConv,具体的对比大家可以看下面两个图下面的是YOLOv11的解耦头,上面的是YOLOv8的解耦头.

在这里插入图片描述
head部分分类头定义:
v8:
在这里插入图片描述
v11:
在这里插入图片描述

DWconv卷积代码
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
我们上面看到了在分类检测头中YOLOv11插入了两个DWConv这样的做法可以大幅度减少参数量和计算量(原先两个普通的Conv大家要注意到卷积和是由3变为了1的,这是形成了两个深度可分离Conv)
可参考博客https://blog.csdn.net/m0_56563749/article/details/133150979

扫描二维码关注公众号,回复: 17488971 查看本文章

4. 非创新点的SPPF模块

在这里插入图片描述
第9层SPPF的onnx结构图
在这里插入图片描述
SPPF模块代码
在这里插入图片描述

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_39128381/article/details/142788296