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YOLOFuse：基于YOLO的RGB-红外双模态目标检测开源框架

在智能监控、自动驾驶和夜间巡检等实际场景中，光照条件往往极为恶劣——黑夜、浓雾、烟尘遮挡让传统的可见光摄像头“失明”。尽管红外成像能穿透黑暗捕捉热辐射信息，但其缺乏纹理细节，单独使用也难以满足高精度检测需求。于是，融合RGB与红外图像的优势互补策略成为突破这一瓶颈的关键路径。

然而，主流目标检测框架如Ultralytics YOLO，并未原生支持多模态输入。开发者若想实现双流融合，通常需要从零搭建网络结构、处理数据同步问题、设计复杂的特征融合机制——这不仅门槛高，还极易陷入工程实现的泥潭。

正是在这样的背景下，YOLOFuse应运而生。它不是一个简单的模型变体，而是一个完整、开箱即用的RGB-IR 双模态检测系统扩展包，深度集成于 Ultralytics YOLO 生态，专为解决复杂环境下的感知难题而设计。

从单模态到双模态：为什么我们需要 YOLOFuse？

YOLO 系列以高效、易用著称，在工业界广泛应用。但它的默认设定是“单通道输入”——一张RGB图像走到底。面对多传感器系统（如同时配备可见光与红外相机），原生YOLO显得力不从心。

YOLOFuse 的核心价值在于：让YOLO“看见”两种光。

通过模块化重构，项目实现了对双流输入的无缝支持，无需修改主干代码即可启用多模态训练与推理。更重要的是，它提供了一整套端到端解决方案：

• ✅ 预配置 Docker 镜像，一键启动开发环境
• ✅ 支持多种融合策略切换，适应不同硬件与性能需求
• ✅ 自动化双通道数据加载 + 同步增强
• ✅ 默认集成 LLVIP 数据集接口，快速验证效果

这意味着，无论是科研人员做算法对比，还是工程师部署边缘设备，都可以跳过繁琐的底层适配工作，直接聚焦于任务本身。

架构解析：双流是如何被“融合”的？

YOLOFuse 沿用了经典的“双编码器 → 融合模块 → 检测头”架构，但在实现上做了高度兼容性优化，确保与原始YOLOv8的API完全一致。

双流特征提取

系统接收一对图像：rgb_img和ir_img。两者分别送入共享权重或独立的骨干网络（Backbone），提取各自的空间语义特征。

# 示例调用方式 results = model.predict( source=[rgb_img, ir_img], modal='dual' # 显式声明双模态模式 )

这里的source参数接受一个包含两个张量的列表，框架会自动识别并进入双流前向流程。整个过程由重载后的predict()方法接管，用户无需关心内部分支逻辑。

多阶段融合策略：你真的需要“早期融合”吗？

这是很多初学者容易踩坑的地方——认为越早融合越好。实际上，融合时机的选择直接影响模型效率与泛化能力。

YOLOFuse 提供了四种主流方案，每种都有明确的应用边界：

🔹 中期特征融合（推荐）

这是目前性价比最高的选择。在Neck部分之前，将两个模态的特征图进行拼接或加权融合。例如：

# 假设两路输出特征图为 f_rgb 和 f_ir f_fused = torch.cat([f_rgb, f_ir], dim=1) # 通道拼接

随后送入PAN-FPN结构继续处理。该方式保留了各模态初期独立表达能力，又能在高层语义层面交互，实测仅需2.61MB模型大小即达到94.7% mAP@50，非常适合 Jetson Nano、Orin 等嵌入式平台部署。

🔹 早期融合：精度略高，代价翻倍

将RGB三通道与IR单通道合并为4通道输入，直接喂给第一层卷积：

input_tensor = torch.cat([ rgb_tensor, ir_tensor.unsqueeze(1) # 扩展维度 ], dim=1) # shape: (B, 4, H, W)

这种方式理论上能让网络从底层学习跨模态关联，mAP可达95.5%，但参数量飙升至5.2MB，且对图像配准要求极高——轻微错位就会导致性能下降。建议仅用于实验室环境下的小样本精调。

🔹 决策级融合：灵活但低效

两个模态各自运行完整检测流程，最后通过Soft-NMS或加权投票合并结果。优点是可组合异构模型（如YOLOv8s + YOLOv5m），鲁棒性强；缺点显而易见：显存占用翻倍、延迟增加，不适合实时系统。

注：测试基于 NVIDIA RTX 3060，输入分辨率640×640

可以看到，中期融合在精度与效率之间取得了极佳平衡，尤其适合资源受限场景。

🔹 DEYOLO：前沿探索方向

引入注意力机制（如CBAM、SE Block）动态加权双模态特征响应。例如：

weight_rgb = attn_module(f_rgb) weight_ir = attn_module(f_ir) f_fused = weight_rgb * f_rgb + weight_ir * f_ir

这种结构能根据场景内容自适应调整模态权重——夜晚增强红外通道响应，白天则更依赖RGB纹理。虽然mAP未显著超越早期融合，但其泛化能力更强，适合应对剧烈光照变化的任务，属于典型的“科研导向型”设计。

数据怎么组织？别再手动配对了！

多模态项目的最大痛点之一就是数据管理。如果每次都要写脚本去匹配img_001.jpg和img_001_IR.png，那简直是灾难。

YOLOFuse 给出了一套简洁优雅的解决方案：同名配对 + 单标签复用机制。

目录结构规范

datasets/ ├── images/ # RGB 图像 │ ├── 001.jpg │ └── 002.jpg ├── imagesIR/ # 对应红外图像 │ ├── 001.jpg │ └── 002.jpg └── labels/ # 共享标注文件（基于RGB坐标系） ├── 001.txt └── 002.txt

只要保证文件名一致，系统就能自动完成配对。而且由于假设RGB与IR已空间对齐（即已完成配准），所有.txt标注均基于RGB图像生成，IR图像直接复用相同标签，节省至少50%的人工标注成本。

自定义数据加载器：DualModalDataset

核心逻辑封装在DualModalDataset类中：

class DualModalDataset(Dataset): def __getitem__(self, idx): rgb_path = self.rgb_paths[idx] ir_path = rgb_path.replace('images', 'imagesIR') # 自动映射 rgb_img = cv2.imread(rgb_path) ir_img = cv2.imread(ir_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE) # 几何变换同步应用 if self.transform: # 使用相同随机种子确保一致性 seed = random.randint(0, 2**32) with torch.random.fork_rng(): torch.manual_seed(seed) rgb_img = self.transform(rgb_img) with torch.random.fork_rng(): torch.manual_seed(seed) ir_img = self.transform(ir_img) return (rgb_img, ir_img), target

关键点在于：所有数据增强操作（如旋转、缩放、裁剪）都同步执行，确保两个模态间的几何一致性，避免因增强偏差引入噪声。

配置即用：data.yaml 如何写？

延续YOLO生态习惯，一切配置集中在data.yaml文件中：

path: ./datasets train: - images - imagesIR val: - images - imagesIR names: 0: person

这里train和val字段不再是字符串，而是列表形式，依次指定RGB与IR目录。框架会自动拼接路径并加载成对样本。

如果你想换数据集？只需修改这几行即可，无需改动任何Python代码。

快速上手：三步完成部署

第一步：拉取镜像（免环境配置）

项目提供预装依赖的Docker镜像，内置PyTorch 1.13 + CUDA 11.7 + OpenCV + Ultralytics全栈环境：

docker run -it --gpus all \ -v $(pwd)/datasets:/root/YOLOFuse/datasets \ wangqvq/yolofuse:latest

首次运行时修复Python软链接：

ln -sf /usr/bin/python3 /usr/bin/python

第二步：运行推理

进入项目根目录，执行：

python infer_dual.py

输出结果将保存至runs/predict/exp，支持可视化展示。

第三步：开始训练

准备好数据后，直接运行：

python train_dual.py

训练日志、损失曲线、最佳权重自动保存至runs/fuse/，可通过TensorBoard实时监控。

实际应用场景中的价值体现

在某智慧城市安防项目中，客户反馈原有纯RGB方案在凌晨时段平均漏检率达38%。接入YOLOFuse中期融合模型后，漏检率降至6.2%，同时误报数量减少近半，真正实现了“全天候可靠感知”。

工程实践建议：别忽略这些细节

• 数据对齐是前提：务必确保RGB与IR图像在时间和空间上严格同步。如有偏移，需先进行图像配准（image registration）。
• 边缘部署优选中期融合：小模型、低延迟、高吞吐，更适合Jetson系列设备。
• 训练资源配置：建议至少8GB GPU显存，SSD存储数据集以提升IO效率。
• 版本锁定保障复现性：使用Git管理代码，固定PyTorch/CUDA版本，避免因环境差异导致结果波动。

此外，项目采用模块化设计，未来可轻松扩展至其他模态组合，如：

• RGB + 雷达点云（vehicle detection）
• RGB + 事件相机（high-speed motion tracking）
• RGB + 深度图（3D object detection）

为构建多传感融合系统提供了良好的演进基础。

结语：一个值得Star的开源项目

YOLOFuse 不只是一个技术Demo，它是面向真实世界挑战的一次务实创新。它没有追求极致复杂的网络结构，而是专注于解决开发者最头疼的问题：如何快速、稳定地把多模态检测落地。

通过高度集成的设计思路，它降低了科研与工程之间的鸿沟，让更多人能够站在YOLO的强大基础上，探索更鲁棒的视觉感知方案。

如果你正在寻找一个稳定、高效、易用的多模态目标检测工具，YOLOFuse 是当前基于YOLO生态中最值得尝试的选择之一。

👉 访问 GitHub 仓库，了解详细文档与示例代码：
🔗 https://github.com/WangQvQ/YOLOFuse

你的每一个 Star，都是对开源精神的支持，也是推动该项目持续迭代的动力。