模型实战(2)之YOLOv5 实时实例分割+训练自己数据集

news2024/7/6 19:46:42

模型实战(2)之YOLOv5 实时实例分割+训练自己数据集

本文将详解YOLOv5实例分割模型的使用及从头训练自己的数据集得到最优权重,可以直接替换数据集进行训练的训练模型可通过我的gitcode进行下载:https://gitcode.net/openmodel/yolov5-seg

详细过程将在文章中给出:

  • 2022年11月22号YOLO的官方团队发布了yolov5-v7.0版用于实例分割,号称目前最快和最准确的模型:https://github.com/ultralytics/yolov5/tree/v7.0,其性能如下图:

在这里插入图片描述

  • 为了对其更好的测试、验证和部署,可以参考官方手稿:https://github.com/ultralytics/yolov5/blob/master/segment/tutorial.ipynb
  • 我们使用A100 gpu在coco上训练了300个epoch的YoLOv5分割模型,图像大小为640。我们将所有模型导出到ONNX FP32进行CPU速度测试,并导出到TensorRT FP16进行GPU速度测试。为了便于再现,我们在谷歌Colab Pro笔记本电脑上运行了所有速度测试。

YOLOv5n-seg … YOLOv5s-seg … YOLOv5m-seg … YOLOv5l-seg … YOLOv5x-seg

在这里插入图片描述

1.模型训练、验证、及预测

  • 克隆代码到本地
git clone https://github.com/ultralytics/yolov5  # clone
cd yolov5

#创建环境 
conda create -n yolov5-seg python=3.8
#激活
conda activate yolov5-seg

# 安装 torch 1.8.2+cu11.1
pip install torch==1.8.2 torchvision==0.9.2 torchaudio===0.8.2 --extra-index-url https://download.pytorch.org/whl/lts/1.8/cu111

#其他版本:torch+cuda10.2
pip install torch==1.8.1+cu102 torchvision==0.9.1+cu102 torchaudio===0.8.1 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

# 修改requirements.txt,将其中的torch和torchvision注释掉
pip install -r requirements.txt
  • train
    YOLOv5 segmentation training supports auto-download COCO128-seg segmentation dataset with --data coco128-seg.yaml argument and manual download of COCO-segments dataset with bash data/scripts/get_coco.sh --train --val --segments and then python train.py --data coco.yaml.
# Single-GPU
python segment/train.py --model yolov5s-seg.pt --data coco128-seg.yaml --epochs 5 --img 640

# Multi-GPU DDP
python -m torch.distributed.run --nproc_per_node 4 --master_port 1 segment/train.py --model yolov5s-seg.pt --data coco128-seg.yaml --epochs 5 --img 640 --device 0,1,2,3
  • val 验证
    Validate YOLOv5m-seg accuracy on ImageNet-1k dataset:
bash data/scripts/get_coco.sh --val --segments  # download COCO val segments split (780MB, 5000 images)
python segment/val.py --weights yolov5s-seg.pt --data coco.yaml --img 640  # validate
  • predict 预测
    Use pretrained YOLOv5m-seg.pt to predict bus.jpg:
python segment/predict.py --weights yolov5m-seg.pt --data data/images/bus.jpg

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  • 导出onnx或者tensorRT:
python export.py --weights yolov5s-seg.pt --include onnx engine --img 640 --device 0

2.训练自己的数据集实现实例分割

  • 预训练模型下载
    可通过我的开源仓库进行下载,已经各个文件路径、数据集制作等demo准备好,可以直接复用,详见:https://gitcode.net/openmodel/yolov5-seg
    在这里插入图片描述

  • 实例分割时目标检测与语义分割的结合,所以其标注文件初始为通过labelme标注的json格式,要用yolo模型进行训练,需要将其转换为yolo所需要的txt格式:
    在这里插入图片描述

  • 对于标准好的数据集,通过datas中的json2yolo.pyjson格式标注文件转换为.txt格式的标准文件
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    编写demo将标注的多边形区域复制到一个全黑背景(原图大小)图像中并imshow下:

import os, cv2, json
import numpy as np

base_path = './data_'
path_list = [i.split('.')[0]+'.'+i.split('.')[1] for i in os.listdir(base_path) if 'json' in i]
for path in path_list:
    image = cv2.imread(f'{base_path}/{path}.png')
    h, w, c = image.shape
    label = np.zeros((h, w), dtype=np.uint8)
    with open(f'{base_path}/{path}.json') as f:
        mask = json.load(f)['shapes']
    for i in mask:
        i = np.array([np.array(j) for j in i['points']])
        label = cv2.fillPoly(label, [np.array(i, dtype=np.int32)], color=255)
    image = cv2.bitwise_and(image, image, mask=label)
    cv2.imshow('Pic', image)
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()

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  • 转换完成后将图像+标签文件(.txt)按照既定格式放到路径./datasets文件夹下:
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  • ./data下修改模型配置文件:
    在这里插入图片描述
  • ./model下设置模型参数并选择模型(s,m,l):
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  • ./weights下下载官方权重作为预训练初始权重:
    我已将权重下载好并进行压缩,下载完代码后直接解压即可
    在这里插入图片描述
  • 训练demo修改相应路径,执行训练即可
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    训练结束后,训练好的best,pt将保存在如下的 weights中:
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  • 修改predict.py中的相应参数,即可进行预测:
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3.Load YOLOv5 with PyTorch Hub

详见参考:https://github.com/ultralytics/yolov5/issues/36
This example loads a pretrained YOLOv5s model from PyTorch Hub as model and passes an image for inference. ‘yolov5s’ is the lightest and fastest YOLOv5 model.

import torch

# Model
model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'yolov5s')

# Image
im = 'https://ultralytics.com/images/zidane.jpg'

# Inference
results = model(im)

results.pandas().xyxy[0]
#      xmin    ymin    xmax   ymax  confidence  class    name
# 0  749.50   43.50  1148.0  704.5    0.874023      0  person
# 1  433.50  433.50   517.5  714.5    0.687988     27     tie
# 2  114.75  195.75  1095.0  708.0    0.624512      0  person
# 3  986.00  304.00  1028.0  420.0    0.286865     27     tie

This example shows batched inference with PIL and OpenCV image sources. results can be printed to console, saved to runs/hub, showed to screen on supported environments, and returned as tensors or pandas dataframes.

import cv2
import torch
from PIL import Image

# Model
model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'yolov5s')

# Images
for f in 'zidane.jpg', 'bus.jpg':
    torch.hub.download_url_to_file('https://ultralytics.com/images/' + f, f)  # download 2 images
im1 = Image.open('zidane.jpg')  # PIL image
im2 = cv2.imread('bus.jpg')[..., ::-1]  # OpenCV image (BGR to RGB)

# Inference
results = model([im1, im2], size=640) # batch of images

# Results
results.print()  
results.save()  # or .show()

results.xyxy[0]  # im1 predictions (tensor)
results.pandas().xyxy[0]  # im1 predictions (pandas)
#      xmin    ymin    xmax   ymax  confidence  class    name
# 0  749.50   43.50  1148.0  704.5    0.874023      0  person
# 1  433.50  433.50   517.5  714.5    0.687988     27     tie
# 2  114.75  195.75  1095.0  708.0    0.624512      0  person
# 3  986.00  304.00  1028.0  420.0    0.286865     27     tie

在这里插入图片描述

4.模型导出onnx或tensorRT

详细参考:https://github.com/ultralytics/yolov5/issues/251
YOLOv5 inference is officially supported in 11 formats:

💡 ProTip: Export to ONNX or OpenVINO for up to 3x CPU speedup. See CPU Benchmarks.
💡 ProTip: Export to TensorRT for up to 5x GPU speedup. See GPU Benchmarks.
在这里插入图片描述

  • 将已训练好的yolov5模型导出
    This command exports a pretrained YOLOv5s model to TorchScript and ONNX formats.
python export.py --weights yolov5s.pt --include torchscript onnx

💡 ProTip: Add --half to export models at FP16 half precision for smaller file sizes

output:

export: data=data/coco128.yaml, weights=['yolov5s.pt'], imgsz=[640, 640], batch_size=1, device=cpu, half=False, inplace=False, train=False, keras=False, optimize=False, int8=False, dynamic=False, simplify=False, opset=12, verbose=False, workspace=4, nms=False, agnostic_nms=False, topk_per_class=100, topk_all=100, iou_thres=0.45, conf_thres=0.25, include=['torchscript', 'onnx']
YOLOv5 🚀 v6.2-104-ge3e5122 Python-3.7.13 torch-1.12.1+cu113 CPU

Downloading https://github.com/ultralytics/yolov5/releases/download/v6.2/yolov5s.pt to yolov5s.pt...
100% 14.1M/14.1M [00:00<00:00, 274MB/s]

Fusing layers... 
YOLOv5s summary: 213 layers, 7225885 parameters, 0 gradients

PyTorch: starting from yolov5s.pt with output shape (1, 25200, 85) (14.1 MB)

TorchScript: starting export with torch 1.12.1+cu113...
TorchScript: export success ✅ 1.7s, saved as yolov5s.torchscript (28.1 MB)

ONNX: starting export with onnx 1.12.0...
ONNX: export success ✅ 2.3s, saved as yolov5s.onnx (28.0 MB)

Export complete (5.5s)
Results saved to /content/yolov5
Detect:          python detect.py --weights yolov5s.onnx 
Validate:        python val.py --weights yolov5s.onnx 
PyTorch Hub:     model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', 'yolov5s.onnx')
Visualize:       https://netron.app/

The 3 exported models will be saved alongside the original PyTorch model:
在这里插入图片描述
Netron Viewer is recommended for visualizing exported models:
在这里插入图片描述

  • 引用模型:
python detect.py --weights yolov5s.pt                 # PyTorch
                           yolov5s.torchscript        # TorchScript
                           yolov5s.onnx               # ONNX Runtime or OpenCV DNN with --dnn
                           yolov5s_openvino_model     # OpenVINO
                           yolov5s.engine             # TensorRT
                           yolov5s.mlmodel            # CoreML (macOS only)
                           yolov5s_saved_model        # TensorFlow SavedModel
                           yolov5s.pb                 # TensorFlow GraphDef
                           yolov5s.tflite             # TensorFlow Lite
                           yolov5s_edgetpu.tflite     # TensorFlow Edge TPU
                           yolov5s_paddle_model       # PaddlePaddle

OpenCV inference with ONNX models:

python export.py --weights yolov5s.pt --include onnx

python detect.py --weights yolov5s.onnx --dnn  # detect
python val.py --weights yolov5s.onnx --dnn  # validate

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