RT-DETR_rtdetr

实时目标检测中击败YOLO家族？来看看百度飞桨的PaddleDetection团队提出的 RT-DETR究竟强在哪里。 

众所周知，实时目标检测(Real-Time Object Detection)一直被YOLO系列检测器统治着，YOLO版本更是炒到了v8，前两天百度飞桨的PaddleDetection团队发布了一个名为 RT-DETR 的检测器，宣告其推翻了YOLO对实时检测领域统治。论文标题很直接：《DETRs Beat YOLOs on Real-time Object Detection》，直译就是 RT-DETR在实时目标检测中击败YOLO家族！

论文链接：https://arxiv.org/abs/2304.08069

代码链接：

https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/develop/configs/rtdetr

关于RT-DETR的设计：

结合PaddleDetection开源的代码来看，RT-DETR是基于先前DETR里精度最高的DINO检测模型去改的，但针对实时检测做了很多方面的改进，而作者团队正是先前PP-YOLOE和PP-YOLO论文的同一波人，完全可以起名为PP-DETR，可能是为了突出RT这个实时性的意思吧。

RT-DETR模型结构

(1)Backbone： 采用了经典的ResNet和百度自研的HGNet-v2两种，backbone是可以Scaled，应该就是常见的s m l x分大中小几个版本，不过可能由于还要对比众多高精度的DETR系列所以只公布了HGNetv2的L和X两个版本，也分别对标经典的ResNet50和ResNet101，不同于DINO等DETR类检测器使用最后4个stage输出，RT-DETR为了提速只需要最后3个，这样也符合YOLO的风格；

(2) Neck： 起名为HybridEncoder，其实是相当于DETR中的Encoder，其也类似于经典检测模型模型常用的FPN，论文里分析了Encoder计算量是比较冗余的，作者解耦了基于Transformer的这种全局特征编码，设计了AIFI (尺度内特征交互）和 CCFM(跨尺度特征融合）结合的新的高效混合编码器也就是 Efficient Hybrid Encoder ，此外把encoder_layer层数由6减小到1层，并且由几个通道维度区分L和X两个版本，配合CCFM中RepBlock数量一起调节宽度深度实现Scaled RT-DETR；

HybridEncoder设计思路

(3)Transformer： 起名为RTDETRTransformer，基于DINO Transformer中的decoder改动的不多；

(4)Head和Loss： 和DINOHead基本一样，从RT-DETR的配置文件其实也可以看出neck+transformer+detr_head其实就是一整个Transformer，拆开写还是有点像YOLO类的风格。而训练加入了IoU-Aware的query selection，这个思路也是针对分类score和iou未必一致而设计的，改进后提供了更高质量（高分类分数和高IoU分数）的decoder特征；

(5)Reader和训练策略: Reader采用的是YOLO风格的简单640尺度，没有DETR类检测器复杂的多尺度resize，其实也就是原先他们PPYOLOE系列的reader，都是非常基础的数据增强，0均值1方差的NormalizeImage大概是为了节省部署时图片前处理的耗时，然后也没有用到别的YOLO惯用的mosaic等trick；训练策略和优化器，采用的是DETR类检测器常用的AdamW，毕竟模型主体还是DETR类的；

关于精度：

来看下RT-DETR和各大YOLO和DETR的精度对比：

（1）对比YOLO系列：

同级别下RT-DETR比所有的YOLO都更高，而且这还只是RT-DETR训练72个epoch的结果，先前精度最高的YOLOv8都是需要训500个epoch的，其他YOLO也基本都需要训300epoch，这个训练时间成本就不在一个级别了，对于训练资源有限的用户或项目是非常友好的。之前各大YOLO模型在COCO数据集上，同级别的L版本都还没有突破53 mAP的，X版本也没有突破54 mAP的，唯一例外的YOLO还是RT-DETR团队他们先前搞的PP-YOLOE+，借助objects365预训练只80epoch X版本就刷到了54.7 mAP，而蒸馏后的L版本更刷到了54.0 mAP，实在是太强了。此外RT-DETR的参数量FLOPs上也非常可观，换用HGNetv2后更优，虽然模型结构类似DETR但设计的这么轻巧还是很厉害了。

和YOLO对比

（2）对比DETR系列：

DETR类在COCO上常用的尺度都是800x1333，以往都是以Res50 backbone刷上45 mAP甚至50 mAP为目标，而RT-DETR在采用了YOLO风格的640x640尺度情况下，也不需要熬时长训几百个epoch 就能轻松突破50mAP，精度也远高于所有DETR类模型。此外值得注意的是，RT-DETR只需要300个queries，设置更大比如像DINO的900个肯定还会更高，但是应该会变慢很多意义不大。

论文精度速度表格

关于速度：

来看下RT-DETR和各大YOLO和DETR的速度对比：

（1）对比YOLO系列：

首先纯模型也就是去NMS后的速度上，RT-DETR由于轻巧的设计也已经快于大部分YOLO，然后实际端到端应用的时候还是得需要加上NMS的...嗯等等，DETR类检测器压根就不需要NMS，所以一旦端到端使用，RT-DETR依然轻装上阵一路狂奔，而YOLO系列就需要带上NMS负重前行了，NMS参数设置的不好比如为了拉高recall就会严重拖慢YOLO系列端到端的整体速度。

（2）对比DETR系列：

其实结论是显而易见的，以往DETR几乎都是遵循着800x1333尺度去训和测，这个速度肯定会比640尺度慢很多，即使换到640尺度训和测，精度首先肯定会更低的多，而其原生设计庞大的参数量计算量也注定了会慢于轻巧设计的RT-DETR。RT-DETR的轻巧快速是encoder高效设计、通道数、encoder数、query数等方面全方位改良过的。

关于NMS的分析：

论文其实并没有一开始就介绍模型方法，而是通过NMS分析来引出主题。针对NMS的2个超参数得分阈值和IoU阈值，作者不仅分析了不同得分阈值过滤后的剩余预测框数，也分析了不同NMS超参数下精度和NMS执行时间，结论是NMS其实非常敏感，如果真的实际应用，不仅调参麻烦而且精度速度波动很大。以往YOLO论文中都会比一个纯模型去NMS后的速度FPS之类的，其实也很容易发现各大YOLO的NMS参数不一，而且真实应用的时候都得加上NMS才能出精确的检测框结果，所以端到端的FPS和论文公布的FPS(纯模型)不是一回事，明显会更慢的多，可以说是虚假的实时性。

此外一般做视频demo展示时，为了视频上实时出结果其实都会改成另一套NMS参数，最常见的操作就是改高得分阈值，比如原先eval精度时可能是0.001现在直接改大到0.25，强行过滤众多低分低质量的结果框，尤其在Anchor Based的方法如yolov5 yolov7这种一刀切会更加提速，以及还需要降低iou阈值以进一步加速。而DETR的机制从根本上去除了NMS这些烦恼，所以其实个人觉得去NMS这个点才是RT-DETR和YOLO系列比的最大优势，真正做到了端到端的实时性。

NMS参数影响

关于YOLO终结者的称号：

去年YOLO领域出现了一波百家争鸣的情况，各大公司组织纷纷出品自己的YOLO，名字里带个YOLO总会吸引一波热度，其中YOLOv7论文还中了CVPR2023，再到今年年初的YOLOv8也转为Anchor Free并且刷了500epoch，各种trick几乎快被吃干抹尽了，再做出有突破性的YOLO已经很难了，大家也都希望再出来一个终结性的模型，不要再一味往上叠加YOLO版本号了，不然YOLOv9甚至YOLOv100得卷到何时才到头呢？

此外，虽然各大YOLO都号称实时检测，但都只公布了去NMS后的FPS，所以我们实际端到端出检测结果时就最常发现的一个问题，怎么自己实际测的时候FPS都没有论文里写的这么高？ 甚至去掉NMS后测还是稍慢。那是因为端到端测的时候NMS在捣乱，去NMS的测速虽然准确公平，但毕竟不是端到端实际应用，论文中的FPS数据都可以说是实时性的假象，实际应用时不能忽略NMS的耗时。

YOLOv8出来的时候我也在想那下一个出来的YOLO名字该叫什么呢？v9吗还是xx-YOLO，效果能终结下YOLO领域吗？

而RT-DETR我觉得是算得上一个有终结意义的代表模型，因为它的设计不再是以往基于YOLO去小修小改，而是真正发现并解决了YOLO在端到端实时检测中的最大不足--NMS。其实先前把YOLO和Transformer这两个流量方向结合着做模型的工作也有一部分，比如某个YOLO的FPN Head加几层Transformer之类的，还能做毕业设计和水个论文，其实都更像是为了加模块刷点而去改进，这种基于YOLO去小修小改，其实都没改变YOLO端到端上实时性差的本质问题，而且大都也是牺牲参数速度换点精度的做法，并不可取。whaosoft aiot http://143ai.com  

而这个RT-DETR就换了种思路基于DETR去改进，同时重点是做实时检测去推广，直接对标对象是YOLO而不是以往的轻量级的快速的DETR，将DETR去NMS的思路真正应用到实时检测领域里，我觉得是RT-DETR从思路到设计都是比较惊艳的。

至于说RT-DETR是不是真正的YOLO终结者，如果只从精度速度来看那肯定也算是了，但更出彩的是它的设计理念。正如YOLOX第一个提出AnchorFree的YOLO，思路上的突破往往更让人记住，RT-DETR正是第一个提出以DETR思路去解决甚至推翻YOLO的实时检测模型，称之为“YOLO终结者”并不为过。

不过CNN和YOLO系列以往的技术都已经发展的非常成熟了，使用模型也不止是看精度速度，根据自己的实际需求和条件去选择才是最优的，CNN和YOLO系列应该还会有较长一段生存空间，但Transformer的大一统可能也快了。