【全网独家】YoloV8改进策略:Block改进与自研GroupxLSTM模块
【摘要】 YoloV8改进策略:Block改进与自研GroupxLSTM模块 介绍YoloV8是深度学习领域中最先进的目标检测模型之一。为了进一步提升其性能,特别是在复杂场景下的检测精度和速度,我们提出了一种新颖的模块——GroupxLSTM,并将其嵌入到YoloV8的结构中。该模块通过引入分组长短期记忆网络(GroupxLSTM),在保持计算效率的同时,有效增强了模型的时序特征捕获能力。 应用使用...
YoloV8改进策略:Block改进与自研GroupxLSTM模块
介绍
YoloV8是深度学习领域中最先进的目标检测模型之一。为了进一步提升其性能,特别是在复杂场景下的检测精度和速度,我们提出了一种新颖的模块——GroupxLSTM,并将其嵌入到YoloV8的结构中。该模块通过引入分组长短期记忆网络(GroupxLSTM),在保持计算效率的同时,有效增强了模型的时序特征捕获能力。
应用使用场景
- 自动驾驶:实时识别道路上的行人、车辆等物体,提高行车安全。
- 视频监控:对监控画面中的异常行为进行实时检测和报警。
- 机器人导航:帮助机器人在复杂环境中识别和避障。
- 智能零售:实现商店货架上的商品检测和库存管理。
下面是关于自动驾驶、视频监控、机器人导航和智能零售的代码示例,每个示例都是用Python和一些常见的机器学习库实现的。
自动驾驶
我们使用OpenCV和YOLO模型来实时识别道路上的行人和车辆。
import cv2
import numpy as np
# Load YOLO model
net = cv2.dnn.readNet("yolov3.weights", "yolov3.cfg")
layer_names = net.getLayerNames()
output_layers = [layer_names[i[0] - 1] for i in net.getUnconnectedOutLayers()]
# Load COCO labels
with open("coco.names", "r") as f:
classes = [line.strip() for line in f.readlines()]
# Start video capture
cap = cv2.VideoCapture("driving_video.mp4")
while cap.isOpened():
ret, frame = cap.read()
height, width, channels = frame.shape
# Prepare the frame for object detection
blob = cv2.dnn.blobFromImage(frame, 0.00392, (416, 416), (0, 0, 0), True, crop=False)
net.setInput(blob)
outs = net.forward(output_layers)
# Analyze detections
class_ids = []
confidences = []
boxes = []
for out in outs:
for detection in out:
scores = detection[5:]
class_id = np.argmax(scores)
confidence = scores[class_id]
if confidence > 0.5: # Confidence threshold
center_x = int(detection[0] * width)
center_y = int(detection[1] * height)
w = int(detection[2] * width)
h = int(detection[3] * height)
x = int(center_x - w / 2)
y = int(center_y - h / 2)
boxes.append([x, y, w, h])
confidences.append(float(confidence))
class_ids.append(class_id)
indexes = cv2.dnn.NMSBoxes(boxes, confidences, 0.5, 0.4)
for i in range(len(boxes)):
if i in indexes:
x, y, w, h = boxes[i]
label = str(classes[class_ids[i]])
color = (0, 255, 0) if label == "person" or label == "car" else (0, 0, 255)
cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), color, 2)
cv2.putText(frame, label, (x, y - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, color, 2)
cv2.imshow('Frame', frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()
视频监控
我们将使用OpenCV和背景减除方法检测监控画面中的异常行为。
import cv2
# Initialize video capture and background subtractor
cap = cv2.VideoCapture("monitoring_video.mp4")
fgbg = cv2.createBackgroundSubtractorMOG2()
while cap.isOpened():
ret, frame = cap.read()
fgmask = fgbg.apply(frame)
# Find contours
contours, _ = cv2.findContours(fgmask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
for contour in contours:
if cv2.contourArea(contour) < 500: # Ignore small movements
continue
x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour)
cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)
cv2.putText(frame, 'Alert!', (x, y - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 0, 255), 2)
cv2.imshow('Frame', frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()
机器人导航
我们使用激光雷达数据来帮助机器人在复杂环境中识别和避障。
import numpy as np
class RobotNavigator:
def __init__(self):
self.lidar_data = []
def update_lidar(self, data):
self.lidar_data = data
def avoid_obstacles(self):
if not self.lidar_data:
return "No obstacles"
distances = np.array(self.lidar_data)
min_distance = np.min(distances)
if min_distance < 0.5: # Obstacle detected within 0.5 meters
# Determine direction to turn
left_distances = distances[:len(distances) // 2]
right_distances = distances[len(distances) // 2:]
if np.mean(left_distances) > np.mean(right_distances):
return "Turn left"
else:
return "Turn right"
else:
return "Move forward"
robot = RobotNavigator()
robot.update_lidar(np.random.uniform(0.2, 2.0, 360)) # Example lidar data
decision = robot.avoid_obstacles()
print(decision)
智能零售
我们使用TensorFlow 2.x和预训练模型来实现商品检测和库存管理。
import tensorflow as tf
import cv2
import numpy as np
# Load a pre-trained model from TensorFlow Hub
model = tf.saved_model.load("ssd_mobilenet_v2_fpnlite_320x320/saved_model")
def load_image_into_numpy_array(path):
return np.array(cv2.imread(path))
def detect_objects(image_np):
input_tensor = tf.convert_to_tensor(image_np)
input_tensor = input_tensor[tf.newaxis, ...]
detections = model(input_tensor)
return detections
image_path = "store_shelf.jpg"
image_np = load_image_into_numpy_array(image_path)
detections = detect_objects(image_np)
# Visualization of the results
for i in range(int(detections.pop('num_detections'))):
class_id = int(detections['detection_classes'][0][i].numpy())
score = detections['detection_scores'][0][i].numpy()
if score > 0.5: # Confidence threshold
box = detections['detection_boxes'][0][i].numpy()
y_min, x_min, y_max, x_max = box
(left, right, top, bottom) = (x_min * image_np.shape[1], x_max * image_np.shape[1],
y_min * image_np.shape[0], y_max * image_np.shape[0])
cv2.rectangle(image_np, (int(left), int(top)), (int(right), int(bottom)), (0, 255, 0), 2)
cv2.putText(image_np, f'{class_id}: {score:.2f}', (int(left), int(top) - 10),
cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.9, (36, 255, 12), 2)
cv2.imshow('Object Detection', image_np)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
原理解释
GroupxLSTM 模块
GroupxLSTM 是一种结合了分组卷积和长短期记忆(LSTM)网络的模块。分组卷积有助于减少参数量和计算量,而 LSTM 则擅长捕捉时序特征。将二者融合,可以使得模型既高效又具备强大的时序特征捕捉能力。
算法原理流程图
算法原理解释
- 输入图像:图像被送入模型,经过一系列卷积操作提取特征。
- Backbone:使用标准的卷积块和改进后的 GroupxLSTM 块提取更丰富的特征。
- Neck:采用特征金字塔网络(FPN)融合多尺度特征。
- Head:在检测层输出最终的检测结果,包括边界框和类别信息。
实际应用代码示例实现
import torch
import torch.nn as nn
import torchvision.models as models
class GroupxLSTM(nn.Module):
def __init__(self, input_dim, hidden_dim, num_layers, groups=1):
super(GroupxLSTM, self).__init__()
self.groups = groups
self.lstm = nn.LSTM(input_dim // groups, hidden_dim // groups, num_layers, batch_first=True)
def forward(self, x):
B, C, H, W = x.size()
x = x.view(B, self.groups, C // self.groups, H, W)
outputs = []
for i in range(self.groups):
out, _ = self.lstm(x[:, i].permute(0, 2, 3, 1).reshape(B, -1, C // self.groups))
outputs.append(out.reshape(B, H, W, -1).permute(0, 3, 1, 2))
return torch.cat(outputs, dim=1)
class ImprovedYoloV8(nn.Module):
def __init__(self, backbone=models.resnet50(pretrained=True)):
super(ImprovedYoloV8, self).__init__()
# Replace some layers with GroupxLSTM
self.backbone = nn.Sequential(
*list(backbone.children())[:-2],
GroupxLSTM(2048, 1024, 2, groups=4)
)
self.neck = FPN() # Feature Pyramid Network
self.head = DetectionHead()
def forward(self, x):
x = self.backbone(x)
x = self.neck(x)
x = self.head(x)
return x
# FPN and DetectionHead are placeholder names for the actual implementations used in YoloV8.
测试代码
def test_model():
model = ImprovedYoloV8()
test_input = torch.randn(1, 3, 256, 256)
output = model(test_input)
print("Output shape:", output.shape)
test_model()
部署场景
- 云端部署:利用云端 GPU 资源进行高效处理,适用于大规模视频流分析。
- 边缘计算:在嵌入式设备上运行优化后的模型,实现低延迟的实时检测。
- 移动端应用:通过轻量化模型,在移动设备上提供高效的目标检测服务。
材料链接
总结
本文介绍了如何通过引入一个自研的 GroupxLSTM 模块,改进 YoloV8 的检测性能。该模块通过结合分组卷积与 LSTM,有效提升了模型的时序特征捕捉能力,适用于各种复杂场景的目标检测。
未来展望
未来的研究可以围绕以下几个方面展开:
- 优化 GroupxLSTM 的参数设置:进一步减小计算量,提高计算效率。
- 跨平台优化:确保模型在不同硬件平台上的高效运行,如 FPGA 和 ASIC。
- 多任务学习:探索将 GroupxLSTM 应用于其他任务,如图像分割和姿态估计。
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