【OpenVINO™】在C#中使用 OpenVINO™ 部署 YOLOv10 模型实现目标

news2024/9/23 11:13:27

文章目录

  • 1. 前言
    • 1.1 OpenVINO™ C# API
    • 1.2 YOLOv10
  • 2. 模型获取
    • 2.1 源码下载
    • 2.2 配置环境
    • 2.3 下载模型
  • 3. Yolov10 项目配置
    • 3.1 项目创建与环境配置
    • 3.2 定义模型预测方法
      • 3.2.1 定义目标检测模型方法
      • 3.2.2 使用OpenVINO™ 预处理接口编译模型
    • 3.2 模型预测方法调用
  • 4. 项目运行与演示
    • 4.1 项目编译和运行
    • 4.2 YOLOv10 目标检测模型运行结果
  • 5. 总结

  最近YOLO家族又添新成员：YOLOv10，YOLOv10 提出了一种一致的双任务方法，用于无nms训练的YOLOs，它同时带来了具有竞争力的性能和较低的推理延迟。此外，还介绍了整体效率-精度驱动的模型设计策略,从效率和精度两个角度对YOLOs的各个组成部分进行了全面优化，大大降低了计算开销，增强了性能。在本文中，我们将结合OpenVINO™ C# API 使用最新发布的OpenVINO™ 2024.1部署YOLOv10 目标检测模型

  OpenVINO™ C# API项目链接：

https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API.git

  使用 OpenVINO™ C# API 部署 YOLOv10 全部源码：

https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API-Samples/blob/master/model_samples/yolov10/

1. 前言

1.1 OpenVINO™ C# API

  英特尔发行版 OpenVINO™ 工具套件基于 oneAPI 而开发，可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件，适用于从边缘到云的各种英特尔平台上，帮助用户更快地将更准确的真实世界结果部署到生产系统中。通过简化的开发工作流程，OpenVINO™ 可赋能开发者在现实世界中部署高性能应用程序和算法。

  2024年4月25日，英特尔发布了开源 OpenVINO™ 2024.1 工具包，用于在各种硬件上优化和部署人工智能推理。更新了更多的 Gen AI 覆盖范围和框架集成，以最大限度地减少代码更改。同时提供了更广泛的 LLM 模型支持和更多的模型压缩技术。通过压缩嵌入的额外优化减少了 LLM 编译时间，改进了采用英特尔®高级矩阵扩展 （Intel® AMX） 的第 4 代和第 5 代英特尔®至强®处理器上 LLM 的第 1 令牌性能。通过对英特尔®锐炫™ GPU 的 oneDNN、INT4 和 INT8 支持，实现更好的 LLM 压缩和改进的性能。最后实现了更高的可移植性和性能，可在边缘、云端或本地运行 AI。

  OpenVINO™ C# API 是一个 OpenVINO™ 的 .Net wrapper，应用最新的 OpenVINO™ 库开发，通过 OpenVINO™ C API 实现 .Net 对 OpenVINO™ Runtime 调用，使用习惯与 OpenVINO™ C++ API 一致。OpenVINO™ C# API 由于是基于 OpenVINO™ 开发，所支持的平台与 OpenVINO™ 完全一致，具体信息可以参考 OpenVINO™。通过使用 OpenVINO™ C# API，可以在 .NET、.NET Framework等框架下使用 C# 语言实现深度学习模型在指定平台推理加速。

1.2 YOLOv10

  在过去的几年里，由于在计算成本和检测性能之间取得了有效的平衡，YOLOs已经成为实时目标检测领域的主导范式。然而，对非最大抑制(NMS)的后处理依赖阻碍了yolo的端到端部署，并对推理延迟产生不利影响。为了解决这些问题，首先提出了一种一致的双任务方法，用于无nms训练的YOLOs，它同时带来了具有竞争力的性能和较低的推理延迟。此外，我们还介绍了整体效率-精度驱动的模型设计策略。我们从效率和精度两个角度对YOLOs的各个组成部分进行了全面优化，大大降低了计算开销，增强了性能。我们的努力成果是用于实时端到端目标检测的新一代YOLO系列，称为YOLOv10。大量的实验表明，YOLOv10在各种模型尺度上都达到了最先进的性能和效率。例如，我们的YOLOv10-S在COCO上类似的AP下比RT-DETR-R18快1.8倍，同时参数数量和FLOPs减少2.8倍。与YOLOv9-C相比，在相同性能下，YOLOv10-B的延迟减少了46%，参数减少了25%。

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  下图为YOLOv10官方提供的模型训练精度以及不同模型数据量，可以看出YOLOv10与之前其他系列相比，数据量在减少的同时，精度依旧有所提升。

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2. 模型获取

2.1 源码下载

  YOLOv10 模型需要源码进行下载，首先克隆GitHub上的源码，输入以下指令：

git clone https://github.com/THU-MIG/yolov10.git
cd yolov10

2.2 配置环境

  接下来安装模型下载以及转换环境，此处使用Anaconda进行程序集管理，输入以下指令创建一个yolov10环境：

conda create -n yolov10 python=3.9
conda activate yolov10
pip install -r requirements.txt
pip install -e .

  然后安装OpenVINO™环境，输入以下指令：

pip install openvino==2024.1.0

2.3 下载模型

  首先导出目标识别模型，此处以官方预训练模型为例，首先下载预训练模型文件，然后调用yolo导出ONBNX格式的模型文件，最后使用 OpenVINO™ 的模型转换命令将模型转为IR格式，依次输入以下指令即可：

wget https://github.com/jameslahm/yolov10/releases/download/v1.0/yolov10s.pt
yolo export model=yolov10s.pt format=onnx opset=13 simplify
ovc yolov10s.onnx

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  模型的结构如下图所示：

image-20240525185348430

3. Yolov10 项目配置

3.1 项目创建与环境配置

  在Windows平台开发者可以使用Visual Studio平台开发程序，但无法跨平台实现，为了实现跨平台，此处采用dotnet指令进行项目的创建和配置。

  首先使用dotnet创建一个测试项目，在终端中输入一下指令：

dotnet new console --framework net6.0 --use-program-main -o yolov10

  此处以Windows平台为例安装项目依赖，首先是安装OpenVINO™ C# API项目依赖，在命令行中输入以下指令即可：

dotnet add package OpenVINO.CSharp.API
dotnet add package OpenVINO.runtime.win
dotnet add package OpenVINO.CSharp.API.Extensions
dotnet add package OpenVINO.CSharp.API.Extensions.OpenCvSharp

  关于在不同平台上搭建 OpenVINO™ C# API 开发环境请参考以下文章： 《在Windows上搭建OpenVINO™C#开发环境》 、《在Linux上搭建OpenVINO™C#开发环境》、《在MacOS上搭建OpenVINO™C#开发环境》

接下来安装使用到的图像处理库 OpenCvSharp，在命令行中输入以下指令即可：

dotnet add package OpenCvSharp4
dotnet add package OpenCvSharp4.Extensions
dotnet add package OpenCvSharp4.runtime.win

  关于在其他平台上搭建 OpenCvSharp 开发环境请参考以下文章：《【OpenCV】在Linux上使用OpenCvSharp》 、《【OpenCV】在MacOS上使用OpenCvSharp》

添加完成项目依赖后，项目的配置文件如下所示：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
    <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
    <Nullable>enable</Nullable>
  </PropertyGroup>
  
  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="OpenCvSharp4" Version="4.9.0.20240103" />
    <PackageReference Include="OpenCvSharp4.Extensions" Version="4.9.0.20240103" />
    <PackageReference Include="OpenCvSharp4.runtime.win" Version="4.9.0.20240103" />
    <PackageReference Include="OpenVINO.CSharp.API" Version="2024.0.0.1" />
    <PackageReference Include="OpenVINO.CSharp.API.Extensions.OpenCvSharp" Version="1.0.4" />
    <PackageReference Include="OpenVINO.runtime.win" Version="2024.0.0.1" />
  </ItemGroup>

</Project>

3.2 定义模型预测方法

  使用 OpenVINO™ C# API 部署模型主要包括以下几个步骤：

  • 初始化 OpenVINO Runtime Core
  • 读取本地模型（将图片数据预处理方式编译到模型）
  • 将模型编译到指定设备
  • 创建推理通道
  • 处理图像输入数据
  • 设置推理输入数据
  • 模型推理
  • 获取推理结果
  • 处理结果数据

3.2.1 定义目标检测模型方法

  按照 OpenVINO™ C# API 部署深度学习模型的步骤，编写YOLOv10模型部署流程，在之前的项目里，我们已经部署了YOLOv5~9等一系列模型，其部署流程是基本一致的，YOLOv10模型部署代码如下所示：

static void yolov10_det(string model_path, string image_path, string device)
{
    // -------- Step 1. Initialize OpenVINO Runtime Core --------
    Core core = new Core();
    // -------- Step 2. Read inference model --------
    Model model = core.read_model(model_path);
    OvExtensions.printf_model_info(model);
    // -------- Step 3. Loading a model to the device --------
    CompiledModel compiled_model = core.compile_model(model, device);
    // -------- Step 4. Create an infer request --------
    InferRequest infer_request = compiled_model.create_infer_request();
    // -------- Step 5. Process input images --------
    Mat image = new Mat(image_path); // Read image by opencvsharp
    int max_image_length = image.Cols > image.Rows ? image.Cols : image.Rows;
    Mat max_image = Mat.Zeros(new OpenCvSharp.Size(max_image_length, max_image_length), MatType.CV_8UC3);
    Rect roi = new Rect(0, 0, image.Cols, image.Rows);
    image.CopyTo(new Mat(max_image, roi));
    float factor = (float)(max_image_length / 640.0);
    // -------- Step 6. Set up input data --------
    Tensor input_tensor = infer_request.get_input_tensor();
    Shape input_shape = input_tensor.get_shape();
    Mat input_mat = CvDnn.BlobFromImage(max_image, 1.0 / 255.0, new OpenCvSharp.Size(input_shape[2], input_shape[3]), 0, true, false);
    float[] input_data = new float[input_shape[1] * input_shape[2] * input_shape[3]];
    Marshal.Copy(input_mat.Ptr(0), input_data, 0, input_data.Length);
    input_tensor.set_data<float>(input_data);
    // -------- Step 7. Do inference synchronously --------
    infer_request.infer();
    // -------- Step 8. Get infer result data --------
    Tensor output_tensor = infer_request.get_output_tensor();
    int output_length = (int)output_tensor.get_size();
    float[] output_data = output_tensor.get_data<float>(output_length);
    // -------- Step 9. Process reault  --------
    List<Rect> position_boxes = new List<Rect>();
    List<int> class_ids = new List<int>();
    List<float> confidences = new List<float>();
    // Preprocessing output results
    for (int i = 0; i < output_data.Length / 6; i++)
    {
        int s = 6 * i;
        if ((float)output_data[s + 4] > 0.5)
        {
            float cx = output_data[s + 0];
            float cy = output_data[s + 1];
            float dx = output_data[s + 2];
            float dy = output_data[s + 3];
            int x = (int)((cx) * factor);
            int y = (int)((cy) * factor);
            int width = (int)((dx - cx) * factor);
            int height = (int)((dy - cy) * factor);
            Rect box = new Rect();
            box.X = x;
            box.Y = y;
            box.Width = width;
            box.Height = height;

            position_boxes.Add(box);
            class_ids.Add((int)output_data[s + 5]);
            confidences.Add((float)output_data[s + 4]);
        }
    }

    for (int i = 0; i < class_ids.Count; i++)
    {
        int index = i;
        Cv2.Rectangle(image, position_boxes[index], new Scalar(0, 0, 255), 2, LineTypes.Link8);
        Cv2.Rectangle(image, new OpenCvSharp.Point(position_boxes[index].TopLeft.X, position_boxes[index].TopLeft.Y + 30),
            new OpenCvSharp.Point(position_boxes[index].BottomRight.X, position_boxes[index].TopLeft.Y), new Scalar(0, 255, 255), -1);
        Cv2.PutText(image, class_ids[index] + "-" + confidences[index].ToString("0.00"),
            new OpenCvSharp.Point(position_boxes[index].X, position_boxes[index].Y + 25),
            HersheyFonts.HersheySimplex, 0.8, new Scalar(0, 0, 0), 2);
    }
    string output_path = Path.Combine(Path.GetDirectoryName(Path.GetFullPath(image_path)),
        Path.GetFileNameWithoutExtension(image_path) + "_result.jpg");
    Cv2.ImWrite(output_path, image);
    Slog.INFO("The result save to " + output_path);
    Cv2.ImShow("Result", image);
    Cv2.WaitKey(0);
}

3.2.2 使用OpenVINO™ 预处理接口编译模型

  OpenVINO™提供了推理数据预处理接口，用户可以更具模型的输入数据预处理方式进行设置。在读取本地模型后，调用数据预处理接口，按照模型要求的数据预处理方式进行输入配置，然后再将配置好的预处理接口与模型编译到一起，这样便实现了将模型预处理与模型结合在一起，实现OpenVINO对于处理过程的加速。主要是现在代码如下所示：

static void yolov10_det_process(string model_path, string image_path, string device)
{
    // -------- Step 1. Initialize OpenVINO Runtime Core --------
    Core core = new Core();
    // -------- Step 2. Read inference model --------
    Model model = core.read_model(model_path);
    OvExtensions.printf_model_info(model);
    PrePostProcessor processor = new PrePostProcessor(model);
    Tensor input_tensor_pro = new Tensor(new OvType(ElementType.U8), new Shape(1, 640, 640, 3));
    InputInfo input_info = processor.input(0);
    InputTensorInfo input_tensor_info = input_info.tensor();
    input_tensor_info.set_from(input_tensor_pro).set_layout(new Layout("NHWC")).set_color_format(ColorFormat.BGR);

    PreProcessSteps process_steps = input_info.preprocess();
    process_steps.convert_color(ColorFormat.RGB).resize(ResizeAlgorithm.RESIZE_LINEAR)
        .convert_element_type(new OvType(ElementType.F32)).scale(255.0f).convert_layout(new Layout("NCHW"));
    Model new_model = processor.build();
    // -------- Step 3. Loading a model to the device --------
    CompiledModel compiled_model = core.compile_model(new_model, device);
    // -------- Step 4. Create an infer request --------
    InferRequest infer_request = compiled_model.create_infer_request();
    // -------- Step 5. Process input images --------
    Mat image = new Mat(image_path); // Read image by opencvsharp
    int max_image_length = image.Cols > image.Rows ? image.Cols : image.Rows;
    Mat max_image = Mat.Zeros(new OpenCvSharp.Size(max_image_length, max_image_length), MatType.CV_8UC3);
    Rect roi = new Rect(0, 0, image.Cols, image.Rows);
    image.CopyTo(new Mat(max_image, roi));
    Cv2.Resize(max_image, max_image, new OpenCvSharp.Size(640, 640));
    float factor = (float)(max_image_length / 640.0);
    // -------- Step 6. Set up input data --------
    Tensor input_tensor = infer_request.get_input_tensor();
    Shape input_shape = input_tensor.get_shape();
    byte[] input_data = new byte[input_shape[1] * input_shape[2] * input_shape[3]];
    //max_image.GetArray<int>(out input_data);
    Marshal.Copy(max_image.Ptr(0), input_data, 0, input_data.Length);
    IntPtr destination = input_tensor.data();
    Marshal.Copy(input_data, 0, destination, input_data.Length);
    // -------- Step 7. Do inference synchronously --------
	... ...(后续与上文代码一致)
}

3.2 模型预测方法调用

  定义完模型推理接口后，便可以在主函数里进行调用。此处为了让大家更好的复现本文代码，提供了在线模型，用户只需要运行以下代码，便可以直接下载转换好的模型进行模型推理，无需再自行转换，主函数代码如下所示：

static void Main(string[] args)
{
    string model_path = "";
    string image_path = "";
    string device = "AUTO";
    if (args.Length == 0)
    {
        if (!Directory.Exists("./model"))
        {
            Directory.CreateDirectory("./model");
        }
        if (!File.Exists("./model/yolov10s.bin") && !File.Exists("./model/yolov10s.bin"))
        {
            if (!File.Exists("./model/yolov10s.tar"))
            {
                _ = Download.download_file_async("https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API-Samples/releases/download/Model/yolov10s.tar",
                    "./model/yolov10s.tar").Result;
            }
            Download.unzip("./model/yolov10s.tar", "./model/");
        }

        if (!File.Exists("./model/test_image.jpg"))
        {
            _ = Download.download_file_async("https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API-Samples/releases/download/Image/test_det_02.jpg",
                "./model/test_image.jpg").Result;
        }
        model_path = "./model/yolov10s.xml";
        image_path = "./model/test_image.jpg";
    }
    else if (args.Length >= 2)
    {
        model_path = args[0];
        image_path = args[1];
        device = args[2];
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Please enter the correct command parameters, for example:");
        Console.WriteLine("> 1. dotnet run");
        Console.WriteLine("> 2. dotnet run <model path> <image path> <device name>");
    }
    // -------- Get OpenVINO runtime version --------

    OpenVinoSharp.Version version = Ov.get_openvino_version();

    Slog.INFO("---- OpenVINO INFO----");
    Slog.INFO("Description : " + version.description);
    Slog.INFO("Build number: " + version.buildNumber);

    Slog.INFO("Predict model files: " + model_path);
    Slog.INFO("Predict image  files: " + image_path);
    Slog.INFO("Inference device: " + device);
    Slog.INFO("Start yolov8 model inference.");

    //yolov10_det(model_path, image_path, device);
    yolov10_det_process(model_path, image_path, device);
}

代码提示：

​ 由于篇幅限制，上文中只展示了部分代码，想要获取全部源码，请访问项目GitHub自行下载：

​ 使用OpenVINO™ C# API部署YOLOv10目标检测模型：

https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API-Samples/blob/master/model_samples/yolov10/yolov10_det_opencvsharp/Program.cs

此外为了满足习惯使用EmguCV处理图像数据的开发者，此处我们也提供了EmguCV版本代码：、

​ 使用OpenVINO™ C# API部署YOLOv10目标检测模型：

https://github.com/guojin-yan/OpenVINO-CSharp-API-Samples/blob/master/model_samples/yolov10/yolov10_det_emgucv/Program.cs

4. 项目运行与演示

4.1 项目编译和运行

  接下来输入项目编译指令进行项目编译，输入以下指令即可：

dotnet build

  接下来运行编译后的程序文件，在CMD中输入以下指令，运行编译后的项目文件：

dotnet run --no-build

运行后项目输出为：

4.2 YOLOv10 目标检测模型运行结果

  下图为YOLOv10 目标检测模型运行输出信息，此处我们使用在线转换好的模型进行推理。，首先会下载指定模型以及推理数据到本地，这样避免了开发者在自己配置环境和下载模型；接下来是输出打印 OpenVINO™ 版本信息，此处我们使用NuGet安装的依赖项，已经是OpenVINO™ 2024.0最新版本；接下来就是打印相关的模型信息，并输出每个过程所消耗时间。

image-20240525185650687

  下图为使用YOLOv10 目标检测模型推理结果：

image-20240525185823557

5. 总结

  在该项目中，我们结合之前开发的 OpenVINO™ C# API 项目部署YOLOv10模型，成功实现了对象目标检测与实例分割，并且根据不同开发者的使用习惯，同时提供了OpenCvSharp以及Emgu.CV两种版本，供各位开发者使用。最后如果各位开发者在使用中有任何问题，欢迎大家与我联系。

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1.在android studio中设置安装gradle时&#xff0c;真各种版本看到眼花缭乱&#xff0c;还有疑惑gradle-*.*-all.zip与gradle-*.*-bin.zip的区别是什么。下面解压如下: bin&#xff1a; all: 其实&#xff0c;用bin就可以了&#xff0c;all文件就是多了docs(文档)和src(源码)两…
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007、字符串_命令

007、字符串_命令

字符串类型是Redis最基础的数据结构。首先键都是字符串类型&#xff0c;而且 其他几种数据结构都是在字符串类型基础上构建的&#xff0c;所以字符串类型能为其 他四种数据结构的学习奠定基础。 设置值 set key value [ex seconds] [px milliseconds] [nx|xx] 下面操作设置键…
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使用二维数组和字典去重，VBA对应转换Excel工作表行、列数据

使用二维数组和字典去重，VBA对应转换Excel工作表行、列数据

使用二维数组和字典去重，VBA对应转换Excel工作表行、列数据（VX公众号：Excel潘谆白说VBA） 文章目录 前言一、效果如图：二、操作思路：三、代码如下：1.创建二维数组并赋值2.字典去重3.新工作表创建及赋值前言 工作或学习中，是否遇到过这样的事，手上的Excel工作表设计不…
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104-1389-006马达单价1041389006可议价

104-1389-006马达单价1041389006可议价

104-1389-006 产品 M 马达 系列 02 2000 系列 排量 149 244.3 CM3/R [14.91 IN3/R] 安装类型 AH 标准&#xff0c;4 螺栓&#xff1b;先导直径为 82.6 [3.25] 13.59 直径为 [0.535] 直径为 106.4 [4.19] 的孔螺栓圆周 输出轴 16 直径为 32.00 [1…
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【面试】PWM（脉冲宽度调制）相关问题 ——长期更新

【面试】PWM（脉冲宽度调制）相关问题 ——长期更新

1、PWM调节原理 答&#xff1a;通过改变信号的高电平和低电平的持续时间比例来控制输出信号的平均功率或电压。 2、PWM占空比定义 答&#xff1a;在一个脉冲周期内&#xff0c;高电平的时间占整个周期时间的比例。 3、PWM波形的周期和调节精度由谁决定 答&#xff1a;当计数…
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2024年【山东省安全员C证】考试及山东省安全员C证报名考试

2024年【山东省安全员C证】考试及山东省安全员C证报名考试

题库来源&#xff1a;安全生产模拟考试一点通公众号小程序 2024年【山东省安全员C证】考试及山东省安全员C证报名考试&#xff0c;包含山东省安全员C证考试答案和解析及山东省安全员C证报名考试练习。安全生产模拟考试一点通结合国家山东省安全员C证考试最新大纲及山东省安全员…
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【LeetCode刷题】滑动窗口解决问题：水果成篮、找到字符串中所有字母异位词

【LeetCode刷题】滑动窗口解决问题：水果成篮、找到字符串中所有字母异位词

【LeetCode刷题】Day 9 题目1&#xff1a;904. 水果成篮思路分析&#xff1a;思路1&#xff1a;暴力枚举哈希表思路2&#xff1a;窗口滑动哈希表 题目2&#xff1a;438. 找到字符串中所有字母异位词思路分析&#xff1a;思路1&#xff1a;暴力枚举哈希表思路2&#xff1a;滑动窗…
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12.可视化实现

12.可视化实现

时间过的很快，不知不觉已到第十二章。经过前面教程的讲解和实践，数据接入服务的功能已初步完成。 此章节将通过可视化的实现，对设备接入进行监控，实时监听设备的接入情况及设备的在线时长。 并且可以通过订阅按钮、取消订阅按钮、查看数据按钮，对上报数据进行实时的跟踪…
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掌控安全CTF-2024年5月擂台赛-WP（部分）

掌控安全CTF-2024年5月擂台赛-WP（部分）

MISC ez_Misc 题目给了一个加密的压缩包和一个文本文档&#xff0c;首先我们先来看文本的内容&#xff0c;如下&#xff1a; 很容易看出&#xff0c;0宽隐写&#xff0c;用PuzzleSolver梭哈一下&#xff0c;发现了&#xff1a;Thi3 is n0t 2 hint 又在文本中发现一个特征&…
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【设计模式】JAVA Design Patterns——Combinator（功能模式）

【设计模式】JAVA Design Patterns——Combinator（功能模式）

&#x1f50d;目的 功能模式代表了一种以组合功能为中心的图书馆组织风格。 简单地说&#xff0c;有一些类型 T&#xff0c;一些用于构造类型 T 的“原始”值的函数&#xff0c;以及一些可以以各种方式组合类型 T 的值以构建更复杂的类型 T 值的“组合器” &#x1f50d;解释 真…
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