YOLOv5入门（四）训练自己的目标检测模型

前言

通过前面几篇文章，已经完成数据集制作和环境配置（服务器），接下来将继续实践如何开始训练自己数据集~

往期回顾

YOLOv5入门（一）利用Labelimg标注自己数据集

YOLOv5入门（二）处理自己数据集（标签统计、数据集划分、数据增强）

YOLOv5入门（三）使用云服务器autoDL、VSCode连接和WinSCP文件上传

一、修改配置文件

第一步：修改数据集配置文件，复制COCO128.yaml文件后重命名

在这里插入图片描述

第二步：修改重命名后文件的路径和参数

train：划分好的训练集文件路径
val：划分好的验证集文件路径
test：划分好的测试集文件路径
names：存放目标检测目标类别的名字

在这里插入图片描述

第三步：修改模型配置文件

使用yolov5s.pt预训练权重，将yolov5s.yaml文件复制一份后重命名

在这里插入图片描述

第四步：修改目标类别个数nc

在这里插入图片描述

二、模型训练

1、训练模型通过运行train.py文件，运行前需修改相关参数

def parse_opt(known=False):
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--weights', type=str, default=ROOT / 'yolov5s.pt', help='initial weights path')
    parser.add_argument('--cfg', type=str, default=ROOT / 'models/yolov5s.yaml', help='model.yaml path')
    parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / 'data/coco128.yaml', help='dataset.yaml path')
    parser.add_argument('--hyp', type=str, default=ROOT / 'data/hyps/hyp.scratch-low.yaml', help='hyperparameters path')
    parser.add_argument('--epochs', type=int, default=100, help='total training epochs')
    parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=16, help='total batch size for all GPUs, -1 for autobatch')
    parser.add_argument('--imgsz', '--img', '--img-size', type=int, default=640, help='train, val image size (pixels)')
    parser.add_argument('--rect', action='store_true', help='rectangular training')
    parser.add_argument('--resume', nargs='?', const=True, default=False, help='resume most recent training')
    parser.add_argument('--nosave', action='store_true', help='only save final checkpoint')
    parser.add_argument('--noval', action='store_true', help='only validate final epoch')
    parser.add_argument('--noautoanchor', action='store_true', help='disable AutoAnchor')
    parser.add_argument('--noplots', action='store_true', help='save no plot files')
    parser.add_argument('--evolve', type=int, nargs='?', const=300, help='evolve hyperparameters for x generations')
    parser.add_argument('--bucket', type=str, default='', help='gsutil bucket')
    parser.add_argument('--cache', type=str, nargs='?', const='ram', help='image --cache ram/disk')
    parser.add_argument('--image-weights', action='store_true', help='use weighted image selection for training')
    parser.add_argument('--device', default='', help='cuda device, i.e. 0 or 0,1,2,3 or cpu')
    parser.add_argument('--multi-scale', action='store_true', help='vary img-size +/- 50%%')
    parser.add_argument('--single-cls', action='store_true', help='train multi-class data as single-class')
    parser.add_argument('--optimizer', type=str, choices=['SGD', 'Adam', 'AdamW'], default='SGD', help='optimizer')
    parser.add_argument('--sync-bn', action='store_true', help='use SyncBatchNorm, only available in DDP mode')
    parser.add_argument('--workers', type=int, default=8, help='max dataloader workers (per RANK in DDP mode)')
    parser.add_argument('--project', default=ROOT / 'runs/train', help='save to project/name')
    parser.add_argument('--name', default='exp', help='save to project/name')
    parser.add_argument('--exist-ok', action='store_true', help='existing project/name ok, do not increment')
    parser.add_argument('--quad', action='store_true', help='quad dataloader')
    parser.add_argument('--cos-lr', action='store_true', help='cosine LR scheduler')
    parser.add_argument('--label-smoothing', type=float, default=0.0, help='Label smoothing epsilon')
    parser.add_argument('--patience', type=int, default=100, help='EarlyStopping patience (epochs without improvement)')
    parser.add_argument('--freeze', nargs='+', type=int, default=[0], help='Freeze layers: backbone=10, first3=0 1 2')
    parser.add_argument('--save-period', type=int, default=-1, help='Save checkpoint every x epochs (disabled if < 1)')
    parser.add_argument('--seed', type=int, default=0, help='Global training seed')
    parser.add_argument('--local_rank', type=int, default=-1, help='Automatic DDP Multi-GPU argument, do not modify')

首先看下opt参数解析

weights：模型权重文件的路径，默认为YOLOv5s的权重文件路径
cfg：存储模型结构的配置文件
data：数据集文件的路径，默认为COCO128数据集的配置文件路径
hyp：用于指定超参数配置文件的路径
epochs：指的就是训练过程中整个数据集将被迭代多少次,显卡不行就调小点
batch-size ：用于指定训练批量的大小，默认设置为 16 ，表示每次都从训练集中取 16 个训练样本放入模型进行训练。
imgsz：输入图像的大小，默认为640×640
rect ：用于确定是否用矩阵推理的方式去训练模型
resume ：用于确定是否进行断点续训，也就是从上一个训练任务中断的地方继续训练，直至训练完成，默认值为 False
nosave ：用于确认是否只保存最后一轮训练的 .pt 权重文件，默认是False
noval：用于确认是否只在最后一轮训练进行验证，默认是False
noautoanchor ：用于确认是否禁用自动计算锚框的功能，默认是False
evolve：用于确认是否使用超参数优化算法进行自动调参，默认False
bucket ：用于在谷歌云盘中下载或者上传数据
cache：用于确定是否提前将数据集图片缓存到内存，加快数据加载和训练速度，默认值为 False
image-weights ：用于确认是否对数据集图片进行加权训练，主要为了解决样本不平衡的问题，默认值为 False
device：使用的设备类型，默认为空，表示自动选择最合适的设备
multi-scale ：用于确认是否启用多尺度训练
single-cls：用于设定训练数据集是单类别还是多类别，默认值为 False
optimizer：选择训练使用的优化器，默认使用SGD
sync-bn ：用于确定是否开启跨卡同步批量归一化，默认是False
workers ：用于设置 Dataloader 使用的最大 numworkers（加载和处理数据的线程数），默认值为 8 ，建议改为 0 ，表示不使用多线程，只使用主线程进行数据加载和处理
project ：用于指定训练好的模型的保存路径，默认在 runs / train
name ：用于指定保存模型的文件夹名，默认为 exp
exist-ok ：用于确定是否覆盖同名的训练结果保存路径，默认是False
quad ：用于确认是否使用 quad dataloader 数据加载器，默认是False
cos-lr ：参数用于对学习速率进行调整，默认值为 False
label-smoothing ：用于对标签进行平滑处理，防止在分类算法过程中产生过拟合问题，默认是False
save_period ：参数用于设置每隔多少个 epoch 保存一次训练权重，默认是False

2、修改以下部分：

1、weights：选用官方的yolov5s.pt权重

parser.add_argument('--weights', type=str, default=ROOT / 'yolov5s.pt', help='initial weights path')

2、cfg：模型配置文件路径

parser.add_argument('--cfg', type=str, default='/root/yolov5/models/yolov5s_tls.yaml', help='model.yaml path')

3、data：数据集配置文件路径

parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / 'data/traffic_lights.yaml', help='dataset.yaml path')

4、epoch：数据集训练轮数

parser.add_argument('--epochs', type=int, default=100, help='total training epochs')

5、bitch-size：训练批量的大小

parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=128, help='total batch size for all GPUs, -1 for autobatch')

3、开始训练

以上内容设置完成后运行python train.py开始训练：

在这里插入图片描述

训练结果保存到run/train下

在这里插入图片描述

三、模型测试

验证部分val.py主要是train.py每一轮训练结束后，用val.py去验证当前模型的mAP、混淆矩阵等指标以及各个超参数是否是最佳，不是最佳的话就去修改train.py里面的结构，再用detect.py去泛化使用。

三个文件的区别：

train.py：模型训练。读取数据集，加载模型并训练
val.py：模型验证。获取当前数据集上的最佳验证结果
detect.py：模型推理。获取实际中最佳推理结果

1、验证模型通过运行val.py文件，运行前需修改相关参数

def parse_opt():
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / 'data/coco128.yaml', help='dataset.yaml path')
    parser.add_argument('--weights', nargs='+', type=str, default=ROOT / 'yolov5s.pt', help='model path(s)')
    parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=32, help='batch size')
    parser.add_argument('--imgsz', '--img', '--img-size', type=int, default=640, help='inference size (pixels)')
    parser.add_argument('--conf-thres', type=float, default=0.001, help='confidence threshold')
    parser.add_argument('--iou-thres', type=float, default=0.6, help='NMS IoU threshold')
    parser.add_argument('--max-det', type=int, default=300, help='maximum detections per image')
    parser.add_argument('--task', default='val', help='train, val, test, speed or study')
    parser.add_argument('--device', default='', help='cuda device, i.e. 0 or 0,1,2,3 or cpu')
    parser.add_argument('--workers', type=int, default=8, help='max dataloader workers (per RANK in DDP mode)')
    parser.add_argument('--single-cls', action='store_true', help='treat as single-class dataset')
    parser.add_argument('--augment', action='store_true', help='augmented inference')
    parser.add_argument('--verbose', action='store_true', help='report mAP by class')
    parser.add_argument('--save-txt', action='store_true', help='save results to *.txt')
    parser.add_argument('--save-hybrid', action='store_true', help='save label+prediction hybrid results to *.txt')
    parser.add_argument('--save-conf', action='store_true', help='save confidences in --save-txt labels')
    parser.add_argument('--save-json', action='store_true', help='save a COCO-JSON results file')
    parser.add_argument('--project', default=ROOT / 'runs/val', help='save to project/name')
    parser.add_argument('--name', default='exp', help='save to project/name')
    parser.add_argument('--exist-ok', action='store_true', help='existing project/name ok, do not increment')
    parser.add_argument('--half', action='store_true', help='use FP16 half-precision inference')
    parser.add_argument('--dnn', action='store_true', help='use OpenCV DNN for ONNX inference')
    opt = parser.parse_args()
    opt.data = check_yaml(opt.data)  # check YAML
    opt.save_json |= opt.data.endswith('coco.yaml')
    opt.save_txt |= opt.save_hybrid
    print_args(vars(opt))
    return opt

查看opt参数解析：

data：数据集配置文件地址包含数据集的路径、类别个数、类名、下载地址等信息
weights：模型的权重文件地址yolov5s.pt
batch-size：用于指定训练批量的大小，默认设置为 32
imgsz：输入网络的图片分辨率默认640
conf-thres ：object置信度阈值默认0.001
iou-thres ：进行NMS时IOU的阈值默认0.6
task ：设置测试的类型有train, val, test, speed or study几种默认val
device：使用的设备类型，默认为空，表示自动选择最合适的设备练
single-cls：用于设定训练数据集是单类别还是多类别，默认值为 False
augment ：测试是否使用TTA Test Time Augment 默认False
verbose ：是否打印出每个类别的mAP 默认False
save-txt ：是否以txt文件的形式保存模型预测的框坐标, 默认False
save-hybrid ：保存label+prediction杂交结果到对应.txt，默认False
save-json ：是否按照coco的json格式保存预测框，并且使用cocoapi做评估（需要同样coco的json格式的标签）默认False
project ：测试保存的源文件默认runs/val
name ：测试保存的文件地址默认exp 保存在runs/val/exp下
exist-ok ：是否存在当前文件默认False 一般是 no exist-ok 连用所以一般都要重新创建文件夹
dnn ：是否使用 OpenCV DNN对ONNX 模型推理

2、修改以下部分：

1、data：数据集配置文件路径

parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / '/root/yolov5-7.0/data/traffic_lights.yaml', help='dataset.yaml path')

2、weights：换成我们训练完成后最好的权重

parser.add_argument('--weights', nargs='+', type=str, default=ROOT / '/root/yolov5-7.0/runs/train/exp3/weights/best.pt', help='model path(s)')

3、开始验证

运行：python val.py

查看检测效果：
在这里插入图片描述

四、模型推理

最后，在没有标注的数据集上进行推理

1、验证模型通过运行detect.py.py文件，运行前需修改相关参数

def parse_opt():
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--weights', nargs='+', type=str, default=ROOT / 'yolov5s.pt', help='model path or triton URL')
    parser.add_argument('--source', type=str, default=ROOT / 'data/images', help='file/dir/URL/glob/screen/0(webcam)')
    parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / 'data/coco128.yaml', help='(optional) dataset.yaml path')
    parser.add_argument('--imgsz', '--img', '--img-size', nargs='+', type=int, default=[640], help='inference size h,w')
    parser.add_argument('--conf-thres', type=float, default=0.25, help='confidence threshold')
    parser.add_argument('--iou-thres', type=float, default=0.45, help='NMS IoU threshold')
    parser.add_argument('--max-det', type=int, default=1000, help='maximum detections per image')
    parser.add_argument('--device', default='', help='cuda device, i.e. 0 or 0,1,2,3 or cpu')
    parser.add_argument('--view-img', action='store_true', help='show results')
    parser.add_argument('--save-txt', action='store_true', help='save results to *.txt')
    parser.add_argument('--save-conf', action='store_true', help='save confidences in --save-txt labels')
    parser.add_argument('--save-crop', action='store_true', help='save cropped prediction boxes')
    parser.add_argument('--nosave', action='store_true', help='do not save images/videos')
    parser.add_argument('--classes', nargs='+', type=int, help='filter by class: --classes 0, or --classes 0 2 3')
    parser.add_argument('--agnostic-nms', action='store_true', help='class-agnostic NMS')
    parser.add_argument('--augment', action='store_true', help='augmented inference')
    parser.add_argument('--visualize', action='store_true', help='visualize features')
    parser.add_argument('--update', action='store_true', help='update all models')
    parser.add_argument('--project', default=ROOT / 'runs/detect', help='save results to project/name')
    parser.add_argument('--name', default='exp', help='save results to project/name')
    parser.add_argument('--exist-ok', action='store_true', help='existing project/name ok, do not increment')
    parser.add_argument('--line-thickness', default=3, type=int, help='bounding box thickness (pixels)')
    parser.add_argument('--hide-labels', default=False, action='store_true', help='hide labels')
    parser.add_argument('--hide-conf', default=False, action='store_true', help='hide confidences')
    parser.add_argument('--half', action='store_true', help='use FP16 half-precision inference')
    parser.add_argument('--dnn', action='store_true', help='use OpenCV DNN for ONNX inference')
    parser.add_argument('--vid-stride', type=int, default=1, help='video frame-rate stride')
    opt = parser.parse_args()
    opt.imgsz *= 2 if len(opt.imgsz) == 1 else 1  # expand
    print_args(vars(opt))
    return opt

查看opt参数解析：

weights：用于检测的模型路径
source：检测的路径，可以是图片，视频，文件夹，也可以是摄像头（‘0’）
data：数据集的配置文件，用于获取类别名称，和训练时的一样
imgsz：网络输入的图片大小，默认为640
conf-thres：置信度阈值，大于该阈值的框才会被保留
iou-thres： NMS的阈值，大于该阈值的框会被合并，小于该阈值的框会被保留，一般设置为0.45
max-det：每张图片最多检测的目标数，默认为1000
device：检测的设备，可以是cpu，也可以是gpu，可以不用设置，会自动选择
view-img：是否显示检测结果，默认为False
save-txt：是否将检测结果保存为txt文件，包括类别，框的坐标，默认为False
save-conf：是否将检测结果保存为txt文件，包括类别，框的坐标，置信度，默认为False
save-crop：是否保存裁剪预测框的图片，默认为False
nosave：不保存检测结果，默认为False
classes：检测的类别，默认为None，即检测所有类别，如果设置了该参数，则只检测该参数指定的类别
agnostic-nms：进行NMS去除不同类别之间的框，默认为False
augment：推理时是否进行TTA数据增强，默认为False
update：是否更新模型，默认为False,如果设置为True，则会更新模型,对模型进行剪枝，去除不必要的参数
project：检测结果保存的文件夹，默认为runs/detect
name：检测结果保存的文件夹，默认为exp
exist-ok：如果检测结果保存的文件夹已经存在，是否覆盖，默认为False
line-thickness：框的线宽，默认为3
hide-labels：是否隐藏类别，默认为False
hide-conf：是否隐藏置信度，默认为False
half：是否使用半精度推理，默认为False
dnn：是否使用OpenCV的DNN模块进行推理，默认为False
vid-stride：视频帧采样间隔，默认为1，即每一帧都进行检测

2、修改opt中以下部分：

1、weights：换成自己训练最好的权重文件

parser.add_argument('--weights', nargs='+', type=str, default=ROOT / '/root/yolov5-7.0/runs/train/exp3/weights/best.pt', help='model path(s)')

2、source：换成没有标注的数据集

parser.add_argument('--source', type=str, default=ROOT / 'data/images', help='file/dir/URL/glob/screen/0(webcam)')

3、data：数据集配置文件路径

parser.add_argument('--data', type=str, default=ROOT / '/root/yolov5-7.0/data/traffic_lights.yaml', help='(optional) dataset.yaml path')

3、修改run中以下部分：

def run(
        weights=ROOT / 'yolov5s.pt',  # model path or triton URL
        source=ROOT / 'data/images',  # file/dir/URL/glob/screen/0(webcam)
        data=ROOT / 'data/coco128.yaml',  # dataset.yaml path