YOLOv8改进策略： AIFI (尺度内特征交互）助力YOLO | YOLO终结者？RT-DETR一探究竟

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AI小怪兽

发布于 2023-11-05 11:41:21

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💡💡💡本文全网首发独家改进： AIFI (尺度内特征交互）助力YOLO ,提升尺度内和尺度间特征交互能力，同时降低多个尺度的特征之间进行注意力运算，计算消耗较大等问题

推荐指数：五星

AIFI | 亲测在多个数据集能够实现涨点

1.RT-DETR介绍

论文： https://arxiv.org/pdf/2304.08069.pdf

RT-DETR (Real-Time DEtection TRansformer) ，一种基于 DETR 架构的实时端到端检测器，其在速度和精度上取得了 SOTA 性能

RT-DETR是第一个实时端到端目标检测器。具体而言，我们设计了一个高效的混合编码器，通过解耦尺度内交互和跨尺度融合来高效处理多尺度特征，并提出了IoU感知的查询选择机制，以优化解码器查询的初始化。此外，RT-DETR支持通过使用不同的解码器层来灵活调整推理速度，而不需要重新训练，这有助于实时目标检测器的实际应用。RT-DETR-L在COCO val2017上实现了53.0%的AP，在T4 GPU上实现了114FPS，RT-DETR-X实现了54.8%的AP和74FPS，在速度和精度方面都优于相同规模的所有YOLO检测器。RT-DETR-R50实现了53.1%的AP和108FPS，RT-DETR-R101实现了54.3%的AP和74FPS，在精度上超过了全部使用相同骨干网络的DETR检测器。

RT-DETR模型结构

(1)Backbone： 采用了经典的ResNet和百度自研的HGNet-v2两种，backbone是可以Scaled，HGNetv2的L和X两个版本，也分别对标经典的ResNet50和ResNet101，不同于DINO等DETR类检测器使用最后4个stage输出，RT-DETR为了提速只需要最后3个，这样也符合YOLO的风格；

(2) Neck：飞桨团队设计了一系列编码器变体来验证解耦尺度内和尺度间特征交互的可行性并最终演化为 HybridEncoder ，其包括两部分：Attention-based Intra-scale Feature Interaction (AIFI) 和 CNN-based Cross-scale Feature-fusion Module (CCFM) 。

(2) Decoder & Head：DETR 架构有两个关键组件： Query Selection 和 Decoder 。

RT-DETR作者团队认为只需将Encoder作用在S5 特征上，既可以大幅度地减小计算量、提高计算速度，又不会损伤到模型的性能。为了验证这一点，作者团队设计了若干对照组，如下图所示。

DETR类在COCO上常用的尺度都是800x1333，以往都是以Res50 backbone刷上45 mAP甚至50 mAP为目标，而RT-DETR在采用了YOLO风格的640x640尺度情况下，也不需要熬时长训几百个epoch 就能轻松突破50mAP，精度也远高于所有DETR类模型。

2.AIFI引入到YOLOv8

实现位置为ultralytics/nn/modules/transformer.py

2.1 yolov8_AIFI.yaml

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# YOLOv8 object detection model with P3-P5 outputs. For Usage examples see https://docs.ultralytics.com/tasks/detect

# Parameters
nc: 80  # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n.yaml' will call yolov8.yaml with scale 'n'
  # [depth, width, max_channels]
  n: [0.33, 0.25, 1024]  # YOLOv8n summary: 225 layers,  3157200 parameters,  3157184 gradients,   8.9 GFLOPs
  s: [0.33, 0.50, 1024]  # YOLOv8s summary: 225 layers, 11166560 parameters, 11166544 gradients,  28.8 GFLOPs
  m: [0.67, 0.75, 768]   # YOLOv8m summary: 295 layers, 25902640 parameters, 25902624 gradients,  79.3 GFLOPs
  l: [1.00, 1.00, 512]   # YOLOv8l summary: 365 layers, 43691520 parameters, 43691504 gradients, 165.7 GFLOPs
  x: [1.00, 1.25, 512]   # YOLOv8x summary: 365 layers, 68229648 parameters, 68229632 gradients, 258.5 GFLOPs

# YOLOv8.0n backbone
backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]  # 0-P1/2
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]  # 1-P2/4
  - [-1, 3, C2f, [128, True]]
  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]  # 3-P3/8
  - [-1, 6, C2f, [256, True]]
  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]  # 5-P4/16
  - [-1, 6, C2f, [512, True]]
  - [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]]  # 7-P5/32
  - [-1, 3, C2f, [1024, True]]
  - [-1, 1, AIFI, [1024, 8]]  # 9

# YOLOv8.0n head
head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 6], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 12

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P3
  - [-1, 3, C2f, [256]]  # 15 (P3/8-small)

  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
  - [[-1, 12], 1, Concat, [1]]  # cat head P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 18 (P4/16-medium)

  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
  - [[-1, 9], 1, Concat, [1]]  # cat head P5
  - [-1, 3, C2f, [1024]]  # 21 (P5/32-large)

  - [[15, 18, 21], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P3, P4, P5)

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