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深度学习模块C2f代码详解

article 2025/1/18 9:52:59

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C2f 是一个用于构建卷积神经网络（CNN）的模块，特别是在 YOLOv5 和 YOLOv8 等目标检测模型中。这个模块是一个改进的 CSP（Cross Stage Partial）Bottleneck 结构，旨在提高计算效率和特征提取能力。下面是对 C2f 类的详细解释：
类定义和初始化
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class C2f(nn.Module):
“”“Faster Implementation of CSP Bottleneck with 2 convolutions.”“”

def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=False, g=1, e=0.5):
    """Initializes a CSP bottleneck with 2 convolutions and n Bottleneck blocks for faster processing."""
    super().__init__()
    self.c = int(c2 * e)  # hidden channels
    self.cv1 = Conv(c1, 2 * self.c, 1, 1)
    self.cv2 = Conv((2 + n) * self.c, c2, 1)  # optional act=FReLU(c2)
    self.m = nn.ModuleList(Bottleneck(self.c, self.c, shortcut, g, k=((3, 3), (3, 3)), e=1.0) for _ in range(n))

c1: 输入通道数。
c2: 输出通道数。
n: Bottleneck 模块的数量，默认为 1。
shortcut: 是否使用残差连接，默认为 False。
g: 分组卷积的组数，默认为 1。
e: 扩展系数，用于计算隐藏层的通道数，默认为 0.5。
属性解释
self.c: 隐藏层的通道数，计算为 int(c2 * e)。
self.cv1: 第一个卷积层，将输入通道数 c1 转换为 2 * self.c。
self.cv2: 第二个卷积层，将 (2 + n) * self.c 转换为 c2。
self.m: 一个 ModuleList，包含 n 个 Bottleneck 模块。
前向传播方法
forward 方法
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def forward(self, x):
    """Forward pass through C2f layer."""
    y = list(self.cv1(x).chunk(2, 1))
    y.extend(m(y[-1]) for m in self.m)
    return self.cv2(torch.cat(y, 1))

self.cv1(x): 将输入 x 通过第一个卷积层 cv1，输出通道数为 2 * self.c。
.chunk(2, 1)****: 将输出张量沿着通道维度分成两部分，每部分的通道数为 self.c。
y.extend(m(y[-1]) for m in self.m): 将每个 Bottleneck 模块的输出依次添加到 y 列表中。y[-1] 表示上一个模块的输出。
torch.cat(y, 1): 将 y 列表中的所有张量沿着通道维度拼接在一起。
self.cv2(torch.cat(y, 1)): 将拼接后的张量通过第二个卷积层 cv2，输出通道数为 c2。

forward_split 方法
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def forward_split(self, x):
    """Forward pass using split() instead of chunk()."""
    y = self.cv1(x).split((self.c, self.c), 1)
    y = [y[0], y[1]]
    y.extend(m(y[-1]) for m in self.m)
    return self.cv2(torch.cat(y, 1))

self.cv1(x).split((self.c, self.c), 1): 将输出张量沿着通道维度分成两部分，每部分的通道数为 self.c。
y = [y[0], y[1]]: 将分成的两部分存储在列表 y 中。
y.extend(m(y[-1]) for m in self.m): 将每个 Bottleneck 模块的输出依次添加到 y 列表中。y[-1] 表示上一个模块的输出。
torch.cat(y, 1): 将 y 列表中的所有张量沿着通道维度拼接在一起。
self.cv2(torch.cat(y, 1)): 将拼接后的张量通过第二个卷积层 cv2，输出通道数为 c2。
总结
C2f 模块通过以下步骤实现高效的特征提取和融合：
初始卷积：将输入通道数 c1 转换为 2 * self.c。
特征分割：将输出张量分成两部分，每部分的通道数为 self.c。
Bottleneck 模块：将每个 Bottleneck 模块的输出依次添加到特征列表中。
特征拼接：将所有特征沿着通道维度拼接在一起。
最终卷积：将拼接后的特征通过第二个卷积层，输出通道数为 c2。