YOLOv5：解读general.py-Toy模板网

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前言

记录一下自己阅读general.py代码的一些重要点，方便自己查阅。特别感谢，在参考里，列举的博文链接，写得很好，对本人阅读理解yolo.py代码，有很大帮助。

由于本人水平有限，难免出现错漏，敬请批评改正。

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前提条件

熟悉Python

general.py

clip_boxes

在 Python 中，torch.clamp_() 和numpy.clip()是一个用于限制数值范围的方法，该方法接受三个参数：最小值、最大值和需要被限制的数值。

方法的作用是将给定的数值限制在最小值和最大值之间，返回一个新的值。如果原始数值小于最小值，则返回最小值；如果原始数值大于最大值，则返回最大值；如果原始数值在最小值和最大值之间，则返回原始数值。

YOLOv5：解读general.py,YOLO系列,YOLO,目标检测,深度学习,python

def clip_boxes(boxes, shape):
    # Clip boxes (xyxy) to image shape (height, width)
    if isinstance(boxes, torch.Tensor):  # faster individually
        boxes[..., 0].clamp_(0, shape[1])  # x1
        boxes[..., 1].clamp_(0, shape[0])  # y1
        boxes[..., 2].clamp_(0, shape[1])  # x2
        boxes[..., 3].clamp_(0, shape[0])  # y2
    else:  # np.array (faster grouped)
        boxes[..., [0, 2]] = boxes[..., [0, 2]].clip(0, shape[1])  # x1, x2
        boxes[..., [1, 3]] = boxes[..., [1, 3]].clip(0, shape[0])  # y1, y2

scale_boxes ★ \bigstar ★

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def scale_boxes(img1_shape, boxes, img0_shape, ratio_pad=None):
    # Rescale boxes (xyxy) from img1_shape to img0_shape
    if ratio_pad is None:  # calculate from img0_shape
        gain = min(img1_shape[0] / img0_shape[0], img1_shape[1] / img0_shape[1])  # gain  = old / new
        pad = (img1_shape[1] - img0_shape[1] * gain) / 2, (img1_shape[0] - img0_shape[0] * gain) / 2  # wh padding
    else:
        gain = ratio_pad[0][0]
        pad = ratio_pad[1]

    boxes[..., [0, 2]] -= pad[0]  # x padding
    boxes[..., [1, 3]] -= pad[1]  # y padding
    boxes[..., :4] /= gain
    clip_boxes(boxes, img0_shape)
    return boxes

xywh2xyxy

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def xywh2xyxy(x):
    # Convert nx4 boxes from [x, y, w, h] to [x1, y1, x2, y2] where xy1=top-left, xy2=bottom-right
    y = x.clone() if isinstance(x, torch.Tensor) else np.copy(x)
    y[..., 0] = x[..., 0] - x[..., 2] / 2  # top left x
    y[..., 1] = x[..., 1] - x[..., 3] / 2  # top left y
    y[..., 2] = x[..., 0] + x[..., 2] / 2  # bottom right x
    y[..., 3] = x[..., 1] + x[..., 3] / 2  # bottom right y
    return y

non_max_suppression ★ ★ ★ \bigstar\bigstar\bigstar ★★★

torchvision.ops.nms 是 PyTorch 的 torchvision 库中提供的一个函数，用于实现非极大值抑制（Non-Maximum Suppression，NMS）操作。这个函数对输入的候选框（bounding boxes）进行排序，并根据给定的 IoU 阈值去除重叠度较高的框。

函数的输入参数如下：

boxes：一个包含候选框的张量，每个框由一个或多个边界框坐标组成。每个边界框由四个元素表示，分别是左上角和右下角的坐标（x1, y1, x2, y2）。

scores：一个与 boxes 相同形状的张量，表示每个框的置信度分数。

iou_thres：一个阈值，用于控制哪些框被认为是重叠的。

函数的输出是一个张量，其中包含经过非极大值抑制处理后的结果。

传统的NMS算法，具体流程如下：

步骤一：将所有矩形框按照不同的类别标签分组，组内按照置信度高低得分进行排序；

步骤二：将步骤一中得分最高的矩形框拿出来，遍历剩余矩形框，计算与当前得分最高的矩形框的交并比，将剩余矩形框中大于设定的IOU阈值的框删除；

步骤三：将步骤二结果中，对剩余的矩形框重复步骤二操作，直到处理完所有矩形框；

在YOLOv5中，non_max_suppression函数，具体流程如下：

def non_max_suppression(
        prediction, 
        conf_thres=0.25,
        iou_thres=0.45,
        classes=None,
        agnostic=False,
        multi_label=False,
        labels=(),
        max_det=300,
        nm=0,  # number of masks
):
    """Non-Maximum Suppression (NMS) on inference results to reject overlapping detections
    Arguments:
            prediction : 1个 ，[bs, anchor_num*grid_w*grid_h, xywh+c+5classes] = [4,3*260*260+3*130*130+3*65*65*65,10] = [4, 266175, 10]
    
    Returns:
         list of detections, on (n,6) tensor per image [xyxy, conf, cls]
    """

    # Checks
    assert 0 <= conf_thres <= 1, f'Invalid Confidence threshold {conf_thres}, valid values are between 0.0 and 1.0'
    assert 0 <= iou_thres <= 1, f'Invalid IoU {iou_thres}, valid values are between 0.0 and 1.0'
    if isinstance(prediction, (list, tuple)):  # YOLOv5 model in validation model, output = (inference_out, loss_out)
        prediction = prediction[0]  # select only inference output

    device = prediction.device # 设置推理设备
    mps = 'mps' in device.type  # Apple MPS
    if mps:  # MPS not fully supported yet, convert tensors to CPU before NMS
        prediction = prediction.cpu()
    bs = prediction.shape[0]  # batch size
    nc = prediction.shape[2] - nm - 5  # number of classes # 这里的5表示[x,y,w,h,conf]这5个数值
    xc = prediction[..., 4] > conf_thres  # candidates # 预测框置信度> conf_thres阈值，选为候选框，xc = [True,False,....]

    # Settings
    # min_wh = 2  # (pixels) minimum box width and height # 预测物体宽度和高度的大小范围 [min_wh, max_wh]
    max_wh = 7680  # (pixels) maximum box width and height # 
    max_nms = 30000  # maximum number of boxes into torchvision.ops.nms()
    time_limit = 0.5 + 0.05 * bs  # seconds to quit after # 每个图像最多检测物体的个数 
    redundant = True  # require redundant detections # 是否需要冗余的detections
    multi_label &= nc > 1  # multiple labels per box (adds 0.5ms/img)
    merge = False  # use merge-NMS

    t = time.time()
    mi = 5 + nc  # mask start index
    # batch_size个output  存放最终筛选后的预测框结果
    output = [torch.zeros((0, 6 + nm), device=prediction.device)] * bs
    # 遍历预测框结果
    for xi, x in enumerate(prediction):  # image index, image inference
        # Apply constraints # 第一次过滤 虑除超小anchor标和超大anchor 
        # x[((x[..., 2:4] < min_wh) | (x[..., 2:4] > max_wh)).any(1), 4] = 0  # width-height

        # # 第二次过滤 根据conf_thres虑除背景目标(obj_conf<conf_thres 0.1的目标 置信度极低的目标) 
        x = x[xc[xi]]  # confidence 

        # Cat apriori labels if autolabelling
        if labels and len(labels[xi]):
            lb = labels[xi]
            v = torch.zeros((len(lb), nc + nm + 5), device=x.device)
            v[:, :4] = lb[:, 1:5]  # box
            v[:, 4] = 1.0  # conf
            v[range(len(lb)), lb[:, 0].long() + 5] = 1.0  # cls
            x = torch.cat((x, v), 0)

        # If none remain process next image
        ## 经过前两次过滤后如果该feature map没有目标框了，就结束这轮直接进行下一张图
        if not x.shape[0]:
            continue

        # Compute conf
        x[:, 5:] *= x[:, 4:5]  # conf = obj_conf * cls_conf

        # Box/Mask # (center x, center y, width, height) to (x1, y1, x2, y2) 左上角 右下角
        box = xywh2xyxy(x[:, :4])  # center_x, center_y, width, height) to (x1, y1, x2, y2)
        mask = x[:, mi:]  # zero columns if no masks

        # Detections matrix nx6 (xyxy, conf, cls)
        if multi_label:
            # 第三次过滤:针对每个类别score(obj_conf * cls_conf) > conf_thres   
            # 这里一个框是有可能有多个物体的，所以要筛选
            # nonzero: 获得矩阵中的非0(True)数据的下标  a.t(): 将a矩阵拆开
            # i: box下标    j: 类别index   过滤了两个score太低的
            i, j = (x[:, 5:mi] > conf_thres).nonzero(as_tuple=False).T
            # pred = [43, xyxy+score+class] [43, 6]
            # unsqueeze(1): [43] => [43, 1] add batch dimension
            # box[i]: [43,4] xyxy
            # pred[i, j + 5].unsqueeze(1): [43,1] score  对每个i,取第（j+5）个位置的值（第j个class的值cla_conf）
            # j.float().unsqueeze(1): [43,1] class
            x = torch.cat((box[i], x[i, 5 + j, None], j[:, None].float(), mask[i]), 1)
        else:  # best class only
            conf, j = x[:, 5:mi].max(1, keepdim=True) # 一个类别直接取分数最大类的即可
            x = torch.cat((box, conf, j.float(), mask), 1)[conf.view(-1) > conf_thres]

        # Filter by class 是否只保留特定的类别  默认None  不执行这里
        if classes is not None:
            x = x[(x[:, 5:6] == torch.tensor(classes, device=x.device)).any(1)]

        # Apply finite constraint
        # 检测数据是否为有限数 Apply finite constraint  第四次过滤，这次可有可无，一般没什么用 所以这里给他注释了
        # if not torch.isfinite(x).all():
        #     x = x[torch.isfinite(x).all(1)]

        # Check shape
        n = x.shape[0]  # number of boxes
        if not n:  # no boxes # 如果经过第三次过滤该feature map没有目标框了，就结束这次直接进行下一张图
            continue
        # 如果经过第三次过滤该feature map还要很多框(>max_nms)   就需要排序
        x = x[x[:, 4].argsort(descending=True)[:max_nms]]  # sort by confidence and remove excess boxes

        # Batched NMS # 第五次过滤 Batched NMS  
        c = x[:, 5:6] * (0 if agnostic else max_wh)  # classes
        # 做个切片 得到boxes和scores   不同类别的box位置信息加上一个很大的数但又不同的数c
        # 这样作非极大抑制的时候不同类别的框就不会掺和到一块了  这是一个作nms挺巧妙的技巧
        boxes, scores = x[:, :4] + c, x[:, 4]  # boxes (offset by class), scores
        # 返回nms过滤后的bounding box(boxes)的索引（降序排列）
        # i=tensor([18, 19, 32, 25, 27])   nms后只剩下比较少的预测框了
        i = torchvision.ops.nms(boxes, scores, iou_thres)  # NMS

        i = i[:max_det]  # limit detections # 限制NMS后的最大框数

        if merge and (1 < n < 3E3):  # Merge NMS (boxes merged using weighted mean)
            # update boxes as boxes(i,4) = weights(i,n) * boxes(n,4)
            iou = box_iou(boxes[i], boxes) > iou_thres  # iou matrix
            weights = iou * scores[None]  # box weights 正比于 iou * scores
            # bounding box合并  其实就是把权重和框相乘再除以权重之和
            x[i, :4] = torch.mm(weights, x[:, :4]).float() / weights.sum(1, keepdim=True)  # merged boxes
            if redundant:
                i = i[iou.sum(1) > 1]  # require redundancy

        output[xi] = x[i]
        if mps:
            output[xi] = output[xi].to(device)
        # 看下时间超没超时  超时没做完的就不做了
        if (time.time() - t) > time_limit:
            LOGGER.warning(f'WARNING ⚠️ NMS time limit {time_limit:.3f}s exceeded')
            break  # time limit exceeded

    return output

未完待续

在general.py中，不止上面提到的类和函数，但上面提及的类和函数是general.py中最关键的部分。其余函数，有兴趣者，可自行查阅。如果有空，我也会继续补充。

参考

[1] https://github.com/ultralytics/yolov5
[2] 【YOLOV5-5.x 源码解读】datasets.py_满船清梦压星河HK的博客-CSDN博客
[3] https://blog.csdn.net/weixin_51322383/article/details/130447757
[4] https://blog.csdn.net/qq_38253797/article/details/117920079文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-685763.html

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