近日，美团视觉智能部公布了 YOLOv6 3.0 版本，再一次将指标检测的综合性能推向新高。本次更新除了对 YOLOv6-N/S/M/L 模型进行全系列降级之外，还推出了大分辨率 P6 模型。其中，YOLOv6-L6 检测精度和速度超过 YOLOv7-E6E，获得以后实时指标检测榜单 SOTA。本文次要介绍了 YOLOv6 3.0 版本中引入的技术创新和优化，心愿能为从事相干工作的同学带来一些启发或帮忙。
1. 概述
1 月 6 日，美团视觉智能部公布了 YOLOv6 3.0 版本，再一次将指标检测的综合性能推向新高。本次更新除了对 YOLOv6-N/S/M/L 模型进行全系列降级之外，还推出了大分辨率 P6 模型。其中，YOLOv6-L6 检测精度达到 57.2% AP，在 T4 卡上推理速度可达 29 FPS，超过 YOLOv7-E6E，获得以后实时指标检测榜单 SOTA。
技术报告 ：YOLOv6 v3.0: A Full-Scale Reloading
YOLOv6 Github 传送门：https://github.com/meituan/YOLOv6，欢送 Star 珍藏，随时取用。
注：YOLOv6 系列模型均在训练 300epoch 且不应用预训练模型或额定检测数据集下取得，“‡”示意采纳了自蒸馏算法，“＊”示意从官网代码库对公布模型进行从新测评的指标。以上速度指标均在 T4 TRT7.2 环境下测试。
2. 关键技术介绍
本次更新次要在 Neck 网络设计、训练和蒸馏策略等方面进行了翻新和优化：
- 设计了表征能力更强的可重参化双向交融 PAN（RepBi-PAN）Neck 网络；
- 提出了全新的锚点辅助训练（Anchor-Aided Training）策略；
- 提出理解耦定位蒸馏（Decoupled Location Distillation）策略以晋升小模型的性能。
2.1 表征能力更强的 RepBi-PAN Neck 网络
无效的多尺度特色交融网络对指标检测的成果尤为要害。特色金字塔网络 (FPN) 通过自上而下的门路来交融来自骨干网络不同 Stage 的输入特色以补救网络学习过程中指标地位信息的损失。鉴于单向信息流传输的局限性，PANet 在 FPN 之上增加了一个额定的自底向上门路。BiFPN 为不同的输出特色引入了可学习的权重，并简化了 PAN 以实现更好的性能和更高的效率。PRB-FPN 通过具备双向交融的并行残差 FPN 构造来保留高质量的特色，以进行精确定位。
受到上述工作的启发，咱们提出了一个表征能力更强的可重参化双向交融 PAN（RepBi-PAN）Neck 网络。一般而言，骨干网络浅层特色分辨率高，具备丰盛的空间信息，有利于指标检测中的定位工作。为了聚合浅层特色，常见的做法是在 FPN 中减少 P2 交融层以及一个额定的检测头，但这往往会带来较大的计算成本。
为了实现更好的精度和时延衡量，咱们设计了一个双向联结（Birectional Concatenate, BiC）模块，在自上而下的传输门路中引入自底向上的信息流，使得浅层特色能以更高效的形式参加多尺度特色交融，进一步加强交融特色的表达能力。此模块可能帮忙保留更精确的定位信号，这对于小物体的定位具备重要意义。
此外，咱们对上一版本的 SimSPPF 模块进行了特色加强优化，以丰盛特色图的示意能力。咱们发现 YOLOv7 应用的 SPPCSPC 模块可能晋升检测精度，但对网络推理速度的影响较大。于是咱们对其进行了简化设计，在检测精度影响不大的状况下，大大晋升了推理效率。同时，咱们引入了可重参数化思维并对 Neck 网络的通道宽度和深度进行了相应的调整。最终 RepBi-PAN 网络结构如下图 2 所示：
从表 2 能够看到，在 YOLOv6-S/L 模型上，仅在 PAN 网络自上而下的传输门路引入 BiC 模块后，对推理速度影响放弃在 4% 的状况下，检测精度别离晋升 0.6% 和 0.4% AP。当咱们尝试额定地在自底向上的信息流中将惯例联结替换成 BiC 模块时，反而没有取得进一步正向的增益，因而咱们仅在自上而下的门路中利用 BiC 模块。与此同时，咱们还留神到，BiC 模块可能为小指标的检测精度带来 1.8% AP 的晋升。
在表 3 中，咱们对不同的 SPP 模块对模型精度和速度影响做了试验比照，其中包含通过咱们简化设计的 SPPF、SPPCSPC 和 CSPSPPF 模块。除此之外，咱们还尝试了在骨干网络 C3、C4 和 C5 的输入特色后别离采纳了 SimSPPF 模块以增强特色的聚合表白，在表中用 SimSPPF * 3 示意。从试验后果来看，重复使用 SimSPPF 模块尽管减少了计算量，但并没有带来检测精度的进一步晋升。
经简化设计的 SPPCSPC 模块比照 SimSPPF 模块 在 YOLOv6-N/S 模型上别离晋升了 1.6% 和 0.3% AP，但对推理速度 FPS 升高约 10%。而当咱们将 SimSPPF 模块替换为优化后的 SimCSPSPPF 模块后，在 YOLOv6-N/S/M 模型上别离获得了 1.1%/0.4%/0.1% 的精度增益，同时推理速度比照 SimSPPCSPC 模块有较大的晋升。因而，为了更好的精度 - 效率衡量，在 YOLOv6-N/S 上采纳 SimCSPSPPF 模块，而在 YOLOv6-M/L 上采纳 SimSPPF 模块。
2.2 全新的锚点辅助训练（Anchor-Aided Training）策略
基于深度学习的指标检测技术从学习范式上次要可分为 Anchor-based 和 Anchor-free 两大类，这两类办法针对不同尺度的指标检测上别离存在不同的劣势。咱们应用 YOLOv6-N 作为基线，对 Anchor-based 和 Anchor-free 范式的异同点进行了相干的试验和剖析。
从表 4 中能够看出，当 YOLOv6-N 别离采纳 Anchor-based 和 Anchor-free 训练范式时，模型的整体 mAP 简直靠近，但采纳 Anchor-based 的模型在小、中、大指标上的 AP 指标会更高。从以上的试验能够得出结论：相比于 Anchor-free 范式，基于 Anchor-based 的模型存在额定的性能增益。
同时咱们发现，YOLOv6 应用 TAL 进行标签调配时，其模型精度的稳定性与是否采纳 ATSS 预热有较大关系。当不应用 ATSS 预热时，对同样参数配置的 YOLOv6-N 进行屡次训练，模型精度最高可达 35.9% mAP，最低至 35.3% mAP，雷同模型会有 0.6% mAP 的差别。但当应用 ATSS 预热时，模型精度最高却只能达到 35.7% mAP。从试验后果能够剖析得出，ATSS 的预热过程利用了 Anchor-based 的预设信息，进而达到稳固模型训练的目标，但也会在肯定水平上限度网络的峰值能力，因而并不是一种最优的抉择。
受到上述工作的启发，咱们提出了基于锚点辅助训练（Anchor-Aided Training，AAT）策略。在网络训练过程中，同时交融 Anchor-based 和 Anchor-free 的两种训练范式，并对全阶段网络进行映射及优化，最终实现了 Anchor 的对立，充分发挥了联合不同 Anchor 网络的各自劣势，从而进一步晋升了模型检测精度。具体来说：
- 一方面，咱们会在网络的分类头和回归头上别离增加 Anchor-based 辅助分支，在训练阶段，该分支与 Anchor-free 分支别离进行独立的 Loss 计算，之后会对 Loss 进行相加，各自反向流传进行网络的优化。通过 Anchor-based 辅助分支，为网络训练引入额定的内嵌领导信息，并与 Anchor-free 分支的信息进行整合，从而达到对联合不同 Anchor 网络的全方位交融的目标，进一步开掘网络本身的后劲，充分发挥其效力。
- 另一方面，在网络标签匹配的过程中引入了同特色点密集采样的机制。通过扩充每次样本匹配过程中所选取候选框的范畴，减少候选框中正样本的数量，并且对同一特色点反复投放采样点，进一步晋升在训练过程中候选框的品质。与此同时，在网络的每一层中还会搭配原始的 Anchor-free 分支，进一步晋升候选框的多样性。
除此之外，咱们还提出灵便配置的训练策略，仅在训练过程中引入额定的辅助分支，在测试过程中不予应用。最终在不减少推理工夫的状况下，晋升网络精度，无痛涨点。最终 AAT 策略的示意图如下图 3 所示：
采纳 AAT 训练策略的融化试验后果如下表 5 所示。咱们在 YOLOv6 的各尺寸模型上进行了试验，其中 YOLOv6-S 模型采纳 AAT 策略后有 0.3% 的精度增益，而在 YOLOv6-M/L 模型上别离带来了 0.5% 的精度增益。值得注意的是，YOLOv6-N/S/M 在小指标检测的精度指标失去了显着加强。
2.3 无痛涨点的 DLD 解耦定位蒸馏策略
在指标检测的蒸馏工作中，LD 通过引入 DFL 分支，从而达到了在网络中对定位信息蒸馏的目标，使分类和定位信息得以同步回传，补救了 Logit Mimicking 办法无奈应用定位蒸馏信息的有余。然而，DFL 分支的增加，对于小模型速度的影响是很显著的。增加了 DFL 分支后，YOLOv6-N 的速度降落了 16.7%，YOLOv6-S 的速度降落了 5.2%。而在理论的工业利用当中，对于小模型速度的要求往往很高。因而，目前的蒸馏策略并不适宜于工业落地。
针对这个问题，咱们提出了基于解耦检测工作和蒸馏工作的 DLD（Decoupled Location Distillation）算法。DLD 算法会在网络每一层的回归头上别离增加了额定的强化回归分支，在训练阶段，该分支同样会参加 IoU 损失的计算，并将其累加到最终的 Loss 中。
通过减少的额定的强化回归分支，能够对网络增加更多的额定束缚，从而对网络进行更全面粗疏的优化。并且，DLD 算法在对强化回归分支进行训练时，引入了分支蒸馏学习策略。分支蒸馏学习策略会仅应用 DFL 分支参加网络标签调配的过程，并将标签调配的后果投入到强化回归分支进行疏导学习，从而参加强化回归分支的损失函数计算和反向流传优化。
- 一方面，DFL 分支的精度更高，在整个训练周期能够起到对强化分支蒸馏的作用，进一步晋升强化分支的精度。
- 另一方面，通过分支蒸馏进行的疏导学习，能够进一步将 DFL 分支的成果传递给强化回归分支，为之后的灵便配置起到铺垫作用。
除此之外，DLD 算法同样搭配了灵便配置的训练策略，在训练过程中采纳双回归分支构造，对网络进行更全面粗疏的优化，进一步对齐双分支的回归能力。在测试过程中，移除掉冗余的 DFL 分支，仅保留强化回归分支，在简化网络的同时放弃网络精度，最终实现了对指标检测算法可无痛涨点的 DLD 蒸馏算法。DLD 的融化试验后果如下表 6 所示：
在表 6 中，咱们在 YOLOv6-S 模型上别离比照了训练双倍轮数和采纳 DLD 策略对模型性能的影响，从试验数据能够看出，当训练 600epoch 时，YOLOv6-S 仅能达到 44.6% mAP。而采纳 DLD 蒸馏策略后，YOLOv6-S 检测精度比应用双倍轮数训练的高 0.5%，最终达到 45.1%。由此可得，DLD 蒸馏策略可在不影响推理效率的前提下，晋升小模型的检测精度，实现无痛涨点。
3. 总结
本文对 YOLOv6 3.0 版本的技术创新和优化进行了具体解析，心愿能帮忙用户了解相干算法设计的思路以及具体实现。
将来，咱们还会继续欠缺 YOLOv6 社区生态，同时也欢送社区同学退出咱们，独特建设一个适宜工业界利用的更快更准的指标检测框架。
再次附上 YOLOv6 Github 的传送门：https://github.com/meituan/YOLOv6，感谢您的 Star 珍藏。
4. 作者简介
- 楚怡、奕非、露露等，均来自美团视觉智能部。
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