重磅更新！YoloV4最新论文！解读yolov4框架

论文地址和代码

https://arxiv.org/abs/2004.10934v1

摘要：

据说有许多功能可以提高卷积神经网络（CNN）的准确性。需要在大型数据集上对这些特征的组合进行实际测试，并对结果进行理论证明。某些功能仅在某些模型上运行，并且仅在某些问题上运行，或者仅在小型数据集上运行；而某些功能（例如批归一化和残差连接）适用于大多数模型，任务和数据集。我们假设此类通用功能包括加权残差连接（WRC），跨阶段部分连接（CSP），跨小批量标准化（CmBN），自对抗训练（SAT）和Mish激活。我们使用以下新功能：WRC，CSP，CmBN，SAT，Mish激活，马赛克数据增强，CmBN，DropBlock正则化和CIoU丢失，并结合其中的一些功能来实现最新的结果：43.5％的AP（65.7 在Tesla V100上，MS COCO数据集的实时速度约为65 FPS。

核心中的核心：作者将Weighted-Residual-Connections(WRC), Cross-Stage-Partial-connections(CSP), Cross mini-Batch Normalization(CmBN), Self-adversarial-training(SAT)，Mish-activation Mosaic data augmentation, DropBlock, CIoU等组合得到了爆炸性的YOLOv4，可以吊打一切的YOLOv4.在MS-COCO数据上：43.5%@AP（65.7%@AP50）同时可以达到65fps@TeslaV100.

贡献

作者设计YOLO的目的之初就是设计一个快速而高效的目标检测器。该文的贡献主要有以下几点：

设计了一种快速而强有力的目标检测器，它使得任何人仅需一个1080Ti或者2080Ti即可训练这样超快且精确的目标检测器你；
(不会翻译直接上英文)We verify the influence of SOTA bag-of-freebies and bag-of-specials methods of object detection during detector training
作者对SOTA方法进行改进（含CBN、PAN，SAM）以使其更适合单GPU训练

方法

作者在现有实时网络的基础上提出了两种观点：

对于GPU而言，在组卷积中采用小数量的groups（1-8），比如CSPResNeXt50/CSPDarknet53;
对于VPU而言，采用组卷积而不采用SE模块。

网路结构选择

网络结构选择是为了在输入分辨率、网络层数、参数量、输出滤波器数之间寻求折中。作者研究表明：CSPResNeXt50在分类方面优于CSPDarkNet53，而在检测方面反而表现要差。

网络主要结构确定了后，下一个目标是选择额外的模块以提升感受野、更好的特征汇聚模块（如FPN、PAN、ASFF、BiFPN）。对于分类而言最好的模型可能并不适合于检测，相反，检测模型需要具有以下特性：

更高的输入分辨率，为了更好的检测小目标；
更多的层，为了具有更大的感受野；
更多的参数，更大的模型可以同时检测不同大小的目标。

一句话就是：选择具有更大感受野、更大参数的模型作为backbone。下图给出了不同backbone的上述信息对比。从中可以看到：CSPResNeXt50仅仅包含16个卷积层，其感受野为425x425，包含20.6M参数；而CSPDarkNet53包含29个卷积层，725x725的感受野，27.6M参数。这从理论与实验角度表明：CSPDarkNet53更适合作为检测模型的Backbone。

在CSPDarkNet53基础上，作者添加了SPP模块，因其可以提升模型的感受野、分离更重要的上下文信息、不会导致模型推理速度的下降；与此同时，作者还采用PANet中的不同backbone级的参数汇聚方法替代FPN。

最终的模型为：CSPDarkNet53+SPP+PANet(path-aggregation neck)+YOLOv3-head = YOLOv4.

Tricks选择

为更好的训练目标检测模型，CNN模型通常具有以下模块：

Activations：ReLU、Leaky-ReLU、PReLU、ReLU6、SELU、Swish or Mish
Bounding box regression Loss：MSE、IoU、GIoU、CIoU、DIoU
Data Augmentation：CutOut、MixUp、CutMix
Regularization：DropOut、DropPath、Spatial DropOut、DropBlock
Normalization：BN、SyncBn、FRN、CBN
Skip-connections：Residual connections, weighted residual connections, Cross stage partial connections

作者从上述模块中选择如下：激活函数方面选择Mish；正则化方面选择DropBlock；由于聚焦在单GPU，故而未考虑SyncBN。

其他改进策略

为使得所涉及的检测器更适合于单GPU,作者还进行了其他几项额外设计与改进：

引入一种新的数据增广方法：Mosaic与自对抗训练；
通过GA算法选择最优超参数；
对现有方法进行改进以更适合高效训练和推理：改进SAM、改进PAN，CmBN。

YOLOv4

总而言之，YOLOv4包含以下信息：

Backbone：CSPDarkNet53
Neck：SPP，PAN
Head：YOLOv3
Tricks（backbone）：CutMix、Mosaic、DropBlock、Label Smoothing
Modified（backbone）: Mish、CSP、MiWRC
Tricks（detector）：CIoU、CMBN、DropBlock、Mosaic、SAT、Eliminate grid sensitivity、Multiple Anchor、Cosine Annealing scheduler、Random training shape
Modified（tector）：Mish、SPP、SAM、PAN、DIoU-NMS