Yolov4整理

YOLOv4对深度学习中一些常用Tricks进行了大量的测试，最终选择了这些有用的Tricks：WRC、CSP、CmBN、SAT、 Mish activation、Mosaic data augmentation、CmBN、DropBlock regularization 和 CIoU loss。

CBL：由Conv+Bn+Leaky_relu激活函数三者组成。 CBM： Yolov4网络结构中的最小组件，由Conv+Bn+Mish激活函数三者组成。 DBL：代码中的Darknetconv2d_BN_Leaky，是yolo_v3的基本组件。就是卷积+BN+Leaky relu。 SPP：采用1×1，5×5，9×9，13×13的最大池化的方式，进行多尺度融合. CSP:CSPNet全称是Cross Stage Partial Networks，也就是跨阶段局部网络,CSPNet解决了其他大型卷积神经网络框架Backbone中网络优化的梯度信息重复问题，将梯度的变化从头到尾地集成到特征图中，因此减少了模型的参数量和FLOPS数值，既保证了推理速度和准确率，又减小了模型尺寸。 CSPX：借鉴CSPNet网络结构，由三个卷积层和X个Res unint模块Concate组成。 Res unit：则是一个经典的Resnet残差模块，一个输入分别经过2个DBL，和直连，再进行相加，这一经典的连接目前也大量应用到了各种网络中，让网络可以构建的更深，包括后面的YOLOV4也是在此基础上的衍生。 RESn：先经过一个DBL再+N个Res unit单元组成 Concat：张量拼接，维度会扩充，和Yolov3中的解释一样，对应于cfg文件中的route操作。 Add：张量相加，不会扩充维度，对应于cfg文件中的shortcut操作。

 Yolo v4的结构图和Yolo v3相比，多了CSP结构，PAN结构。蓝色框中为网络中常用的几个模块：CBM：Yolo v4网络结构中的最小组件，其由Conv（卷积）+ BN + Mish激活函数组成。CBL：Yolo v4网络结构中的最小组件，其由Conv（卷积）+ BN + Leaky relu激活函数组成。Res unit：残差组件，借鉴ResNet网络中的残差结构，让网络可以构建的更深。CSPX：借鉴CSPNet网络结构，由三个CBM卷积层和X个Res unint模块Concat组成。SPP：采用1×1，5×5，9×9，13×13的最大池化的方式，进行多尺度融合

张量拼接与张量相加Concat：张量拼接，会扩充两个张量的维度，例如26×26×256和26×26×512两个张量拼接，结果是26×26×768。Add：张量相加，张量直接相加，不会扩充维度，例如104×104×128和104×104×128相加，结果还是104×104×128。

Backbone中卷积层的数量： 每个CSPX中包含3+2×X个卷积层，因此整个主干网络Backbone中一共包含2+（3+2×1）+2+（3+2×2）+2+（3+2×8）+2+（3+2×8）+2+（3+2×4）+1=72。

为了便于分析，将Yolov4的整体结构拆分成四大板块：

（1）输入端：这里指的创新主要是训练时对输入端的改进，主要包括Mosaic数据增强、cmBN、SAT自对抗训练。 （2）BackBone主干网络：将各种新的方式结合起来，包括：CSPDarknet53、Mish激活函数、Dropblock。 （3）Neck：目标检测网络在BackBone和最后的输出层之间往往会插入一些层，比如Yolov4中的SPP模块、FPN+PAN结构 （4）Prediction：输出层的锚框机制和Yolov3相同，主要改进的是训练时的损失函数CIOU_Loss，以及预测框筛选的nms变为DIOU_nms

1.2.1 输入端的创新

（1）Mosaic数据增强 Yolov4中使用的Mosaic是参考2019年底提出的CutMix数据增强的方式，但CutMix只使用了两张图片进行拼接，而Mosaic数据增强则采用了4张图片，随机缩放、随机裁剪、随机排布的方式进行拼接。根据论文所说其拥有一个巨大的优点是**丰富检测物体的背景！**且在BN计算的时候一下子会计算四张图片的数据！

1.2.1 BackBone的创新

（1）CSPDarknet53 CSPDarknet53是在Yolov3主干网络Darknet53的基础上，借鉴2019年CSPNet的经验，产生的Backbone结构，其中包含了5个CSP模块。

 每个CSP模块前面的卷积核的大小都是3×3，步长为2，因此可以起到下采样的作用。 因为Backbone有5个CSP模块，若输入图像是608608，则特征图变化的规律是：608->304->152->76->38->19 经过5次CSP模块后得到1919大小的特征图。

完整的网络结构图如下：

 YOLOv4的网络结构是由 CSPDarknet53、 SPP、 PANet、YOLOv3头部等组成，下面对各部分逐一讲解：

Yolov4在主干网络Backbone采用CSPDarknet53网络结构，主要有三个方面的优点： 优点一：增强CNN的学习能力，使得在轻量化的同时保持准确性。 优点二：降低计算瓶颈 优点三：降低内存成本 

（2）Mish激活函数 Mish激活函数是2019年下半年提出的激活函数，和leaky_relu激活函数的图形对比如下：

Yolov4的Backbone中都使用了Mish激活函数，而后面的网络则还是使用Leaky_relu函数。

Yolov4作者实验测试时，使用CSPDarknet53网络在ImageNet数据集上做图像分类任务，发现使用了Mish激活函数的TOP-1和TOP-5的精度比没有使用时都略高一些。 因此在设计Yolov4目标检测任务时，主干网络Backbone还是使用Mish激活函数。

（3）Dropblock Yolov4中使用的Dropblock，其实和常见网络中的Dropout功能类似，也是缓解过拟合的一种正则化方式。传统的dropout对FC层效果更好，对conv层效果较差，原因可能是conv层的特征单元是空间相关的，使用dropout随机丢弃一些特征，网络仍旧能从相邻区域获取信息，因而输入的信息仍旧能够被送到下一层，导致网络过拟合。而DropBlock则是将在特征图上连续的信息一起丢弃。 下图是一个简单示例。（a）为输入图像，狗的头、脚等区域具有相关性。（b）为以dropout的方式随机丢弃信息，此时能从临近区域获取相关信息（带x的为丢弃信息的mask）。c为DropBlock的方式，将一定区域内的特征全部丢弃。

Dropblock算法框架 

DropBlock有两个参数：block_size（drop块的大小），γ（伯努利分布的参数）