RT-DETR改进策略【SPPF】| 将特征金字塔池化修改为：SPPCSPC，提升模型的特征提取能力和计算效率。
一、本文介绍
本文记录的是
基于SPPCSPC模块的RT-DETR目标检测改进方法研究
。
YOLOv7
中的
SPPCSPC
（Spatial Pyramid Pooling Cross Stage Partial Connections）模块是一种结合了
空间金字塔池化
（SPP）和
跨阶段部分连接
（CSP）的改进结构，本文将其添加到
RT-DETR
中，
旨在提升模型的特征提取能力和计算效率。
二、YOLOv7中的SPPCSPC
YOLOv7
中的
SPPCSPC
（Spatial Pyramid Pooling Cross Stage Partial Connections）模块是一种结合了
空间金字塔池化
（SPP）和
跨阶段部分连接
（CSP）的改进结构，
旨在提升模型的特征提取能力和计算效率
。以下是对
SPPCSPC
的详细介绍：
2.1 结构
SPPCSPC
模块的主要结构包括以下几个部分：
- 输入特征图 ：输入的特征图通常来自卷积层，具有多个通道和空间维度。
- 跨阶段部分连接（CSP） ：CSP结构将输入特征图分为两部分，一部分直接通过后续层，另一部分经过多个卷积层处理后再与直接部分合并。这种方式减少了计算量并提升了特征复用。
- 多尺度池化层 ：SPPCSPC包含多个不同尺度的池化层，如1x1、5x5、9x9和13x13等。这些池化层并行处理输入特征图，生成不同尺度的特征。
- 特征融合 ：通过拼接或加权融合，将多尺度池化后的特征图结合，形成丰富的多尺度特征表示。
2.2 优势
-
多尺度特征提取 ：通过多尺度池化，SPPCSPC能够捕捉不同尺度的特征信息，提升模型对大小不一目标的检测能力。
-
特征复用 ：CSP结构增强了特征的复用能力，提升了模型的表达能力。
代码地址： https://github.com/WongKinYiu/yolov7
论文地址： https://arxiv.org/abs/2207.02696
三、SPPCSPC模块的实现代码
SPPCSPC模块
的实现代码如下：
import torch
import torch.nn as nn
def autopad(k, p=None, d=1): # kernel, padding, dilation
"""Pad to 'same' shape outputs."""
if d > 1:
k = d * (k - 1) + 1 if isinstance(k, int) else [d * (x - 1) + 1 for x in k] # actual kernel-size
if p is None:
p = k // 2 if isinstance(k, int) else [x // 2 for x in k] # auto-pad
return p
class Conv(nn.Module):
"""Standard convolution with args(ch_in, ch_out, kernel, stride, padding, groups, dilation, activation)."""
default_act = nn.SiLU() # default activation
def __init__(self, c1, c2, k=1, s=1, p=None, g=1, d=1, act=True):
"""Initialize Conv layer with given arguments including activation."""
super().__init__()
self.conv = nn.Conv2d(c1, c2, k, s, autopad(k, p, d), groups=g, dilation=d, bias=False)
self.bn = nn.BatchNorm2d(c2)
self.act = self.default_act if act is True else act if isinstance(act, nn.Module) else nn.Identity()
def forward(self, x):
"""Apply convolution, batch normalization and activation to input tensor."""
return self.act(self.bn(self.conv(x)))
def forward_fuse(self, x):
"""Perform transposed convolution of 2D data."""
return self.act(self.conv(x))
class SPPCSPC(nn.Module):
# CSP https://github.com/WongKinYiu/CrossStagePartialNetworks
def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=False, g=1, e=0.5, k=(5, 9, 13)):
super(SPPCSPC, self).__init__()
c_ = int(2 * c2 * e) # hidden channels
self.cv1 = Conv(c1, c_, 1, 1)
self.cv2 = Conv(c1, c_, 1, 1)
self.cv3 = Conv(c_, c_, 3, 1)
self.cv4 = Conv(c_, c_, 1, 1)
self.m = nn.ModuleList([nn.MaxPool2d(kernel_size=x, stride=1, padding=x // 2) for x in k])
self.cv5 = Conv(4 * c_, c_, 1, 1)
self.cv6 = Conv(c_, c_, 3, 1)
self.cv7 = Conv(2 * c_, c2, 1, 1)
def forward(self, x):
x1 = self.cv4(self.cv3(self.cv1(x)))
y1 = self.cv6(self.cv5(torch.cat([x1] + [m(x1) for m in self.m], 1)))
y2 = self.cv2(x)
return self.cv7(torch.cat((y1, y2), dim=1))
四、创新模块
4.1 改进点⭐
模块改进方法
：加入
SPPCSPC模块
（
第五节讲解添加步骤
）。
SPPCSPC模块
添加后如下：
五、添加步骤
5.1 修改一
① 在
ultralytics/nn/
目录下新建
AddModules
文件夹用于存放模块代码
② 在
AddModules
文件夹下新建
SPPCSPC.py
，将
第三节
中的代码粘贴到此处
5.2 修改二
在
AddModules
文件夹下新建
__init__.py
（已有则不用新建），在文件内导入模块：
from .SPPCSPC import *
5.3 修改三
在
ultralytics/nn/modules/tasks.py
文件中，需要在两处位置添加各模块类名称。
首先：导入模块
其次：在
parse_model函数
中注册
SPPCSPC
模块：
六、yaml模型文件
6.1 模型改进版本
此处以
ultralytics/cfg/models/rt-detr/rtdetr-l.yaml
为例，在同目录下创建一个用于自己数据集训练的模型文件
rtdetr-l-SPPCSPC.yaml
。
将
rtdetr-l.yaml
中的内容复制到
rtdetr-l-SPPCSPC.yaml
文件下，修改
nc
数量等于自己数据中目标的数量。
📌 模型的修改方法是将
SPPF
替换成
SPPCSPC模块
。
# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# RT-DETR-l object detection model with P3-P5 outputs. For details see https://docs.ultralytics.com/models/rtdetr
# Parameters
nc: 1 # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n-cls.yaml' will call yolov8-cls.yaml with scale 'n'
# [depth, width, max_channels]
l: [1.00, 1.00, 1024]
backbone:
# [from, repeats, module, args]
- [-1, 1, HGStem, [32, 48]] # 0-P2/4
- [-1, 6, HGBlock, [48, 128, 3]] # stage 1
- [-1, 1, DWConv, [128, 3, 2, 1, False]] # 2-P3/8
- [-1, 6, HGBlock, [96, 512, 3]] # stage 2
- [-1, 1, DWConv, [512, 3, 2, 1, False]] # 4-P3/16
- [-1, 6, HGBlock, [192, 1024, 5, True, False]] # cm, c2, k, light, shortcut
- [-1, 6, HGBlock, [192, 1024, 5, True, True]]
- [-1, 6, HGBlock, [192, 1024, 5, True, True]] # stage 3
- [-1, 1, DWConv, [1024, 3, 2, 1, False]] # 8-P4/32
- [-1, 6, HGBlock, [384, 2048, 5, True, False]] # stage 4
head:
- [-1, 1, Conv, [256, 1, 1, None, 1, 1, False]] # 10 input_proj.2
- [-1, 1, SPPCSPC, [1024]]
- [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]] # 12, Y5, lateral_convs.0
- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
- [7, 1, Conv, [256, 1, 1, None, 1, 1, False]] # 14 input_proj.1
- [[-2, -1], 1, Concat, [1]]
- [-1, 3, RepC3, [256]] # 16, fpn_blocks.0
- [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]] # 17, Y4, lateral_convs.1
- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]
- [3, 1, Conv, [256, 1, 1, None, 1, 1, False]] # 19 input_proj.0
- [[-2, -1], 1, Concat, [1]] # cat backbone P4
- [-1, 3, RepC3, [256]] # X3 (21), fpn_blocks.1
- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]] # 22, downsample_convs.0
- [[-1, 17], 1, Concat, [1]] # cat Y4
- [-1, 3, RepC3, [256]] # F4 (24), pan_blocks.0
- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]] # 25, downsample_convs.1
- [[-1, 12], 1, Concat, [1]] # cat Y5
- [-1, 3, RepC3, [256]] # F5 (27), pan_blocks.1
- [[21, 24, 27], 1, RTDETRDecoder, [nc]] # Detect(P3, P4, P5)
七、成功运行结果
打印网络模型可以看到
SPPCSPC
已经加入到模型中，并可以进行训练了。
rtdetr-l-SPPCSPC ：
rtdetr-l-SPPCSPC summary: 697 layers, 58,968,003 parameters, 58,968,003 gradients, 129.1 GFLOPs
from n params module arguments
0 -1 1 25248 ultralytics.nn.modules.block.HGStem [3, 32, 48]
1 -1 6 155072 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [48, 48, 128, 3, 6]
2 -1 1 1408 ultralytics.nn.modules.conv.DWConv [128, 128, 3, 2, 1, False]
3 -1 6 839296 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [128, 96, 512, 3, 6]
4 -1 1 5632 ultralytics.nn.modules.conv.DWConv [512, 512, 3, 2, 1, False]
5 -1 6 1695360 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [512, 192, 1024, 5, 6, True, False]
6 -1 6 2055808 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [1024, 192, 1024, 5, 6, True, True]
7 -1 6 2055808 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [1024, 192, 1024, 5, 6, True, True]
8 -1 1 11264 ultralytics.nn.modules.conv.DWConv [1024, 1024, 3, 2, 1, False]
9 -1 6 6708480 ultralytics.nn.modules.block.HGBlock [1024, 384, 2048, 5, 6, True, False]
10 -1 1 524800 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [2048, 256, 1, 1, None, 1, 1, False]
11 -1 1 26753024 ultralytics.nn.AddModules.SPPCSPC.SPPCSPC [256, 1024]
12 -1 1 262656 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [1024, 256, 1, 1]
13 -1 1 0 torch.nn.modules.upsampling.Upsample [None, 2, 'nearest']
14 7 1 262656 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [1024, 256, 1, 1, None, 1, 1, False]
15 [-2, -1] 1 0 ultralytics.nn.modules.conv.Concat [1]
16 -1 3 2232320 ultralytics.nn.modules.block.RepC3 [512, 256, 3]
17 -1 1 66048 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [256, 256, 1, 1]
18 -1 1 0 torch.nn.modules.upsampling.Upsample [None, 2, 'nearest']
19 3 1 131584 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [512, 256, 1, 1, None, 1, 1, False]
20 [-2, -1] 1 0 ultralytics.nn.modules.conv.Concat [1]
21 -1 3 2232320 ultralytics.nn.modules.block.RepC3 [512, 256, 3]
22 -1 1 590336 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [256, 256, 3, 2]
23 [-1, 17] 1 0 ultralytics.nn.modules.conv.Concat [1]
24 -1 3 2232320 ultralytics.nn.modules.block.RepC3 [512, 256, 3]
25 -1 1 590336 ultralytics.nn.modules.conv.Conv [256, 256, 3, 2]
26 [-1, 12] 1 0 ultralytics.nn.modules.conv.Concat [1]
27 -1 3 2232320 ultralytics.nn.modules.block.RepC3 [512, 256, 3]
28 [21, 24, 27] 1 7303907 ultralytics.nn.modules.head.RTDETRDecoder [1, [256, 256, 256]]
rtdetr-l-SPPCSPC summary: 697 layers, 58,968,003 parameters, 58,968,003 gradients, 129.1 GFLOPs