【红外小目标检测实战 五】轻量化模型结构及去除DFL以加速边缘推理

接前篇,常规卷积在CUDA上回进行内存重排,使之变为连续的,然后放到CUDA核或者Tensor核上进行一系列高性能的乘加操作。但是风车卷积不是常规的卷积,虽说参数量也小,但是在jetson上无对应的高性能算子,导致访存不连续,进而拉慢了推理性能。本篇去掉了风车型卷积,改回SPDConv,同时去掉了边缘设备上不友好的DFL结构,并将激活函数从SiLU改为ReLU重新训练,以提高边缘设备推理性能。

一、模型信息

模型结构图

YAML文件

python 复制代码
nc: 1  # number of classes

scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolo11n.yaml' will call yolo11.yaml with scale 'n'
  # [depth, width, max_channels]
  n: [0.5, 0.50, 1024]
  # s: [1.0, 1.00, 1024]
  # m: [1.00, 2.00, 512]

backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, SPDConv, [32]]           
  - [-1, 1, SPDConv, [64]]           
  - [-1, 2, C3k2, [64, True, 0.25]] # 2  P2
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]
  - [-1, 2, C3k2, [128, True, 0.25]] # 4  P3
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]
  - [-1, 2, C3k2, [256, False]]  # 6  P4
  - [-1, 1, SPPF, [256, 5]]
  - [-1, 2, C2PSA, [256]]  # 8

head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]] # cat backbone P3
  - [-1, 2, C3k2, [128, False]]  # 11

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
  - [[-1, 2], 1, Concat, [1]] # cat backbone P2
  - [-1, 2, C3k2, [64, False]]  # 14

  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]] 
  - [[-1, 11], 1, Concat, [1]]
  - [-1, 2, C3k2, [128, False]] # 17

  # 向上分支,融合原始特征
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
  - [[-1, 2], 1, Concat, [1]] # cat backbone P2
  - [-1, 2, MicroC3, [64]] # 20
  - [-1, 1, HDC, [64]]
  - [-1, 1, ART, [64]]  # 22

  - [17, 1, Conv, [128, 3, 2]]
  - [[-1, 8], 1, Concat, [1]] # 24
  - [-1, 2, C3k2, [256, True]] # 

  - [[22, 17, 25], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P2, P3, P4)
  # - [[21, 17, 24], 1, Detect, [nc]] # 减少一个concat

模型参数量分析

n-model总体FLOPs很小,只有4.78G,参数量500多K。

s-modelFLOPs也只有21.554G

二、详细改动

1.关闭DFL

ultralytics/nn/modules/head.py

python 复制代码
class Detect(nn.Module):
  ...
  def __init__(self, nc: int = 80, ch: tuple = ()):
        """
        Initialize the YOLO detection layer with specified number of classes and channels.

        Args:
            nc (int): Number of classes.
            ch (tuple): Tuple of channel sizes from backbone feature maps.
        """
        super().__init__()
        self.nc = nc  # number of classes
        self.nl = len(ch)  # number of detection layers
        # self.reg_max = 16  # DFL channels (ch[0] // 16 to scale 4/8/12/16/20 for n/s/m/l/x)
        self.reg_max = 1  # !!!注释掉上面一句,修改为这个

2.修改模块激活函数

ultralytics/nn/modules/conv.py

python 复制代码
class Conv(nn.Module):
    """
    Standard convolution module with batch normalization and activation.

    Attributes:
        conv (nn.Conv2d): Convolutional layer.
        bn (nn.BatchNorm2d): Batch normalization layer.
        act (nn.Module): Activation function layer.
        default_act (nn.Module): Default activation function (SiLU).
    """

    # default_act = nn.SiLU()  # default activation
    default_act = nn.ReLU()  # !!!修改在此处

其余使用到的模块,也需要检查激活函数是否为ReLU.

三、实验结果

测试集上混淆矩阵

网络在自制测试集上的召回率和准确率都很高。

推理性能

n-model在jetson nx板子上,可以达到90FPS!

四、后续

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