YOLOv9: Um salto em frente na tecnologia de deteção de objectos

O YOLOv9 marca um avanço significativo na deteção de objectos em tempo real, introduzindo técnicas inovadoras como o Programmable Gradient Information (PGI) e a Generalized Efficient Layer Aggregation Network (GELAN). Este modelo demonstra melhorias notáveis em termos de eficiência, precisão e adaptabilidade, estabelecendo novos padrões de referência no conjunto de dados MS COCO. O projeto YOLOv9, embora desenvolvido por uma equipa de código aberto separada, baseia-se na base de código robusta fornecida por Ultralytics YOLOv5demonstrando o espírito de colaboração da comunidade de investigação em IA.

Introdução ao YOLOv9

Na procura de uma deteção óptima de objectos em tempo real, o YOLOv9 destaca-se pela sua abordagem inovadora para ultrapassar os desafios de perda de informação inerentes às redes neurais profundas. Ao integrar o PGI e a versátil arquitetura GELAN, o YOLOv9 não só melhora a capacidade de aprendizagem do modelo, como também assegura a retenção de informações cruciais ao longo do processo de deteção, alcançando assim uma precisão e um desempenho excepcionais.

Principais inovações do YOLOv9

Os avanços do YOLOv9 estão profundamente enraizados na abordagem dos desafios colocados pela perda de informação em redes neurais profundas. O Princípio do Gargalo de Informação e a utilização inovadora de Funções Reversíveis são fundamentais para o seu design, garantindo que o YOLOv9 mantém uma elevada eficiência e precisão.

Princípio do estrangulamento da informação

O Princípio do Gargalo da Informação revela um desafio fundamental na aprendizagem profunda: à medida que os dados passam por camadas sucessivas de uma rede, o potencial de perda de informação aumenta. Este fenómeno é representado matematicamente como:

I(X, X) >= I(X, f_theta(X)) >= I(X, g_phi(f_theta(X)))

onde I denota a informação mútua, e f e g representa funções de transformação com parâmetros theta e phirespetivamente. O YOLOv9 responde a este desafio através da implementação do Programmable Gradient Information (PGI), que ajuda a preservar os dados essenciais ao longo da profundidade da rede, garantindo uma geração de gradientes mais fiável e, consequentemente, uma melhor convergência e desempenho do modelo.

Funções reversíveis

O conceito de Funções Reversíveis é outra pedra angular do design do YOLOv9. Uma função é considerada reversível se puder ser invertida sem qualquer perda de informação, como expresso por:

X = v_zeta(r_psi(X))

com psi e zeta como parâmetros para a função reversível e a sua função inversa, respetivamente. Esta propriedade é crucial para as arquitecturas de aprendizagem profunda, uma vez que permite que a rede retenha um fluxo de informação completo, permitindo assim actualizações mais precisas dos parâmetros do modelo. O YOLOv9 incorpora funções reversíveis na sua arquitetura para mitigar o risco de degradação da informação, especialmente em camadas mais profundas, garantindo a preservação de dados críticos para tarefas de deteção de objectos.

Impacto nos modelos ligeiros

A resolução da perda de informação é particularmente vital para modelos leves, que são muitas vezes sub-parametrizados e propensos a perder informação significativa durante o processo de feedforward. A arquitetura do YOLOv9, através da utilização de funções PGI e reversíveis, garante que, mesmo com um modelo simplificado, a informação essencial necessária para uma deteção precisa de objectos é retida e efetivamente utilizada.

Informação de gradiente programável (PGI)

O PGI é um novo conceito introduzido no YOLOv9 para combater o problema do estrangulamento da informação, garantindo a preservação de dados essenciais em camadas profundas da rede. Isto permite a geração de gradientes fiáveis, facilitando actualizações precisas do modelo e melhorando o desempenho geral da deteção.

Rede de agregação de camadas eficiente e generalizada (GELAN)

O GELAN representa um avanço arquitetónico estratégico, permitindo ao YOLOv9 alcançar uma utilização de parâmetros e uma eficiência computacional superiores. A sua conceção permite a integração flexível de vários blocos computacionais, tornando o YOLOv9 adaptável a uma vasta gama de aplicações sem sacrificar a velocidade ou a precisão.

Desempenho no conjunto de dados MS COCO

O desempenho do YOLOv9 no conjunto de dados COCO exemplifica os seus avanços significativos na deteção de objectos em tempo real, estabelecendo novos padrões de referência em vários tamanhos de modelos. A Tabela 1 apresenta uma comparação abrangente de detectores de objetos em tempo real de última geração, ilustrando a eficiência e a precisão superiores do YOLOv9.

Tabela 1. Comparação dos detectores de objectos em tempo real mais avançados

As iterações do YOLOv9, que vão desde o pequeno t variante da extensa e demonstra melhorias não só na precisão (métricas mAP), mas também na eficiência com um número reduzido de parâmetros e necessidades computacionais (FLOPs). Esta tabela sublinha a capacidade do YOLOv9 para fornecer uma elevada precisão, mantendo ou reduzindo a sobrecarga computacional em comparação com versões anteriores e modelos concorrentes.

Comparativamente, o YOLOv9 apresenta ganhos notáveis:

• Modelos leves: O YOLOv9s supera o YOLO MS-S em termos de eficiência de parâmetros e carga computacional, alcançando uma melhoria de 0,4∼0,6% em AP.
• Modelos médios a grandes: O YOLOv9m e o YOLOv9e mostram avanços notáveis no equilíbrio entre a complexidade do modelo e o desempenho da deteção, oferecendo reduções significativas nos parâmetros e nos cálculos, tendo como pano de fundo uma precisão melhorada.

O modelo YOLOv9c, em particular, destaca a eficácia das optimizações da arquitetura. Funciona com menos 42% de parâmetros e menos 21% de exigências computacionais do que o YOLOv7 AF, mas atinge uma precisão comparável, demonstrando as melhorias significativas de eficiência do YOLOv9. Além disso, o modelo YOLOv9e estabelece um novo padrão para modelos de grandes dimensões, com menos 15% de parâmetros e menos 25% de necessidades computacionais do que o YOLOv7 AF. YOLOv8xe uma melhoria incremental de 1,7% no PA.

Estes resultados demonstram os avanços estratégicos do YOLOv9 na conceção do modelo, realçando a sua maior eficiência sem comprometer a precisão essencial para tarefas de deteção de objectos em tempo real. O modelo não só ultrapassa os limites das métricas de desempenho, mas também enfatiza a importância da eficiência computacional, tornando-o um desenvolvimento fundamental no campo da visão computacional.

Conclusão

O YOLOv9 representa um desenvolvimento fundamental na deteção de objectos em tempo real, oferecendo melhorias significativas em termos de eficiência, precisão e adaptabilidade. Ao abordar desafios críticos através de soluções inovadoras como o PGI e o GELAN, o YOLOv9 estabelece um novo precedente para futuras investigações e aplicações neste domínio. À medida que a comunidade de IA continua a evoluir, o YOLOv9 é um testemunho do poder da colaboração e da inovação na promoção do progresso tecnológico.

Exemplos de utilização

Este exemplo fornece exemplos simples de treinamento e inferência do YOLOv9. Para obter a documentação completa sobre estes e outros modos, consulta as páginas de documentação Predict, Train, Val e Export.

from ultralytics import YOLO

# Build a YOLOv9c model from scratch
model = YOLO('yolov9c.yaml')

# Build a YOLOv9c model from pretrained weight
model = YOLO('yolov9c.pt')

# Display model information (optional)
model.info()

# Train the model on the COCO8 example dataset for 100 epochs
results = model.train(data='coco8.yaml', epochs=100, imgsz=640)

# Run inference with the YOLOv9c model on the 'bus.jpg' image
results = model('path/to/bus.jpg')

# Build a YOLOv9c model from scratch and train it on the COCO8 example dataset for 100 epochs
yolo train model=yolov9c.yaml data=coco8.yaml epochs=100 imgsz=640

# Build a YOLOv9c model from scratch and run inference on the 'bus.jpg' image
yolo predict model=yolov9c.yaml source=path/to/bus.jpg

Tarefas e modos suportados

A série YOLOv9 oferece uma gama de modelos, cada um optimizado para a Deteção de Objectos de elevado desempenho. Estes modelos respondem a diferentes necessidades computacionais e requisitos de precisão, tornando-os versáteis para uma vasta gama de aplicações.

Esta tabela fornece uma visão geral detalhada das variantes do modelo YOLOv9, destacando as suas capacidades em tarefas de deteção de objectos e a sua compatibilidade com vários modos operacionais, tais como Inferência, Validação, Treino e Exportação. Este suporte abrangente garante que os utilizadores podem aproveitar totalmente as capacidades dos modelos YOLOv9 numa vasta gama de cenários de deteção de objectos.

Citações e agradecimentos

Gostaríamos de agradecer aos autores do YOLOv9 pelas suas contribuições significativas no domínio da deteção de objectos em tempo real:

@article{wang2024yolov9,
  title={{YOLOv9}: Learning What You Want to Learn Using Programmable Gradient Information},
  author={Wang, Chien-Yao  and Liao, Hong-Yuan Mark},
  booktitle={arXiv preprint arXiv:2402.13616},
  year={2024}
}

O artigo original do YOLOv9 pode ser encontrado no arXiv. Os autores tornaram o seu trabalho publicamente disponível e a base de código pode ser acedida no GitHub. Agradecemos os seus esforços para fazer avançar o campo e tornar o seu trabalho acessível à comunidade em geral.

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