YOLOv1 核心结构解析

YOLOv1 核心结构解析

这张图展示了原始 YOLOv1 的完整网络结构,它是一个单阶段目标检测模型,将目标检测任务转化为一个单一的回归问题,直接从图像中预测边界框和类别概率。


1. 网络整体流程

YOLOv1 的网络可以分为三个主要部分:

  1. 卷积主干网络 :提取图像特征,将输入图像从 448×448×3 压缩为 7×7×1024 的特征图。
  2. 全连接层 :将 7×7×1024 的特征图展平为一维向量,通过全连接层进行最终预测。
  3. 输出层 :输出一个 7×7×30 的张量,代表在 7×7 的网格上,每个网格预测 2 个边界框和对应的类别。

2. 逐层拆解(从左到右)
模块 操作 输入尺寸 输出尺寸 核心作用
Conv1 7×7×64-s-2 + MaxPool(2×2-s-2) 448×448×3 112×112×64 初步提取特征,大幅降采样
Conv2 3×3×192 + MaxPool(2×2-s-2) 112×112×64 56×56×192 加深网络,继续降采样
Conv3 1×1×128 → 3×3×256 → 1×1×256 → 3×3×512 + MaxPool(2×2-s-2) 56×56×192 28×28×512 交替使用1×1和3×3卷积,压缩并丰富特征
Conv4 (1×1×256 → 3×3×512)×4 + MaxPool(2×2-s-2) 28×28×512 14×14×1024 重复4次"1×1+3×3"结构,提取深层特征
Conv5 (1×1×512 → 3×3×1024)×2 → 3×3×1024-s-2 14×14×1024 7×7×1024 重复2次"1×1+3×3"结构,最后一次卷积降采样到7×7
Conv6 3×3×1024 ×2 7×7×1024 7×7×1024 进一步提取特征,保持尺寸不变
FC 全连接层 7×7×1024 4096 → 30 将特征图展平,回归出最终检测结果

3. 关键设计思想
  • 单阶段检测:不像两阶段检测器(如Faster R-CNN)先生成候选区域,YOLOv1 直接在一个网络中完成所有预测,速度更快。
  • 网格划分 :将输入图像划分为 7×7 的网格。如果一个目标的中心落在某个网格内,该网格就负责检测这个目标。
  • 统一输出 :最终输出 7×7×30 的张量,其中:
    • 7×7:网格数量。
    • 30:每个网格预测 2 个边界框(每个框包含 x, y, w, h, confidence 共5个参数),以及 20 个类别概率,总计 2×5 + 20 = 30 维。

4. 与改进版 YOLOv1 的对比
特性 原始 YOLOv1 改进版 YOLOv1
主干网络 自定义24层卷积 ResNet-18
颈部网络 SPP/SPPF
检测头 全连接层 双分支解耦卷积检测头
输出特征图 7×7×30 13×13×(1+Nc+4)
优势 速度快,结构简单 精度更高,对小目标更友好
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