YOLOv5图像和视频对象生成边界框的目标检测实践(GPU版本PyTorch错误处理)

识别图像和视频里面的对象，在计算机视觉中是一个很重要的应用，比如无人驾驶，这个就需要实时的检测到周边环境的各种对象，并及时做出处理。目标检测在以往的文章中有重点讲解过几种，其中Faster R-CNN的源码解读，本人做了一个系列，有兴趣的可以查阅：
MXNet的Faster R-CNN(基于区域提议网络的实时目标检测)《10》(尾)https://blog.csdn.net/weixin_41896770/article/details/128764171
另外，单发多框检测SSD的学习，也有一个系列，有兴趣的可以去了解下：计算机视觉之SSD改进版本(平滑L1范数损失与焦点损失)《4》https://blog.csdn.net/weixin_41896770/article/details/128246764
只不过上面的方法在速度方便做不到实时，直到YOLO的出现，YOLO：You Only Look Once，你只需看一眼。意思就是它的效果跟人眼一样，只需要看一眼就可以识别图片中的各种对象。目前最新版本是YOLOv8，先拿YOLOv5版本试试效果。YOLO是永久免费且广泛被使用到各个地方的模型，无人驾驶中检测目标基本都是用到这个吧。

1、安装与测试

1.1、下载yolov5源码

克隆仓库，下载yolov5源码：git clone https://github.com/ultralytics/yolov5

切换到所在目录：cd yolov5

安装相关库：pip install -r requirements.txt -i http://pypi.douban.com/simple/ --trusted-host pypi.douban.com

这里需要注意的是，强烈建议加上豆瓣镜像来安装相关库，不然requirements.txt里面的库很多的情况，很容易出现某个库下载超时等情况发生，造成安装不成功。

1.2、图片目标检测

我们来检测试下，除了单个图片检测之外，还可以直接指定图片所在目录，这样可以将整个目录(data/images)下面的图片都可以进行检测：

python detect.py --weights yolov5s.pt --img 640 --conf 0.25 --source data/images

(pygpu) C:\Users\Tony\yolov5>python detect.py --weights yolov5s.pt --img 640 --conf 0.25 --source data/images
detect: weights=['yolov5s.pt'], source=data/images, data=data\coco128.yaml, imgsz=[640, 640], conf_thres=0.25, iou_thres=0.45, max_det=1000, device=, view_img=False, save_txt=False, save_conf=False, save_crop=False, nosave=False, classes=None, agnostic_nms=False, augment=False, visualize=False, update=False, project=runs\detect, name=exp, exist_ok=False, line_thickness=3, hide_labels=False, hide_conf=False, half=False, dnn=False, vid_stride=1
YOLOv5 v7.0-185-g2334aa7 Python-3.7.12 torch-1.13.1+cpu CPU

Downloading https://github.com/ultralytics/yolov5/releases/download/v7.0/yolov5s.pt to yolov5s.pt..

如果没有yolov5s.pt权重参数文件的情况，就会自动下载，这个可能需要科学上网或者很慢，不方便的朋友，我这里已经上传到了CSDN，可直接点击下载：yolov5s.pt，下载好了之后，放入到yolov5目录里面即可，其余的四种预训练模型如图：

上面是一些检测参数配置：权重、源、数据集、图像大小、置信度、交并比、检测数量等等，这里安装的CPU版本。

Fusing layers...
YOLOv5s summary: 213 layers, 7225885 parameters, 0 gradients
image 1/2 C:\Users\Tony\yolov5\data\images\bus.jpg: 640x480 4 persons, 1 bus, 183.1ms
image 2/2 C:\Users\Tony\yolov5\data\images\zidane.jpg: 384x640 2 persons, 2 ties, 134.1ms
Speed: 1.5ms pre-process, 158.6ms inference, 5.3ms NMS per image at shape (1, 3, 640, 640)
Results saved to runs\detect\exp2

然后结果就是将标注对象的图片，保存在了自动新建的runs/detect/exp2目录里面，如图：

这两张是自带的，我重新放两张本人照片看下效果，检测标注的速度非常快：

1.3、视频帧目标检测

除了检测图片之外，还可以检测视频，同样的可以指定视频，也可以指定视频所在目录：
python detect.py --weights yolov5s.pt --conf 0.25 --source data/videos
大家可以看下视频效果，基本上，人物、冷藏柜的瓶子这些都检测到了一些，速度非常快，而且检测的不错。YOLO对视频帧的检测

2、Inference推理

使用YOLOv5中的PyTorch Hub推理，将会自动下载最新版本的YOLOv5模型，也可以指定预训练模型，比如我们这节使用的yolov5s是常用的一种轻便快速的型号。

import torch

model = torch.hub.load("ultralytics/yolov5", "yolov5s")
#file, Path, PIL, OpenCV, numpy, list
img = "https://tenfei03.cfp.cn/creative/vcg/veer/1600water/veer-327742747.jpg" 
results = model(img)
results.print()  # or .show(), .save(), .crop(), .pandas(), etc.

这里results的显示方法还是挺多的，分别来了解下：

2.1、results.print()

打印一些摘要信息，层数和参数数量，检测图片的宽高，检测到的对象等

Using cache found in C:\Users\Tony/.cache\torch\hub\ultralytics_yolov5_master
YOLOv5 2023-6-22 Python-3.7.12 torch-1.13.1+cpu CPU

Fusing layers...
YOLOv5s summary: 213 layers, 7225885 parameters, 0 gradients
Adding AutoShape...
image 1/1: 720x1280 2 persons, 2 ties
Speed: 2480.2ms pre-process, 138.2ms inference, 2.0ms NMS per image at shape (1, 3, 384, 640)

2.2、results.show()

show方法显示目标检测并标注的图片：

2.3、results.save()

将生成标注的图片保存起来，地址是当前运行的目录：

Fusing layers...
YOLOv5s summary: 213 layers, 7225885 parameters, 0 gradients
Adding AutoShape...
Saved 1 image to runs\detect\exp

当然这个目录名exp，会随着每次新的生成而递增新建目录的，如exp2,exp3,exp4...

2.4、results.crop()

这个将会给检测到的每个对象进行分割，并分别保存到各自的目录中：

2.5、results.pandas()

使用表格形式显示坐标、置信度、类别等这样相关的信息，results.pandas().xyxy[0]：

比如显示坐标和宽高，results.pandas().xywh：

[ xcenter ycenter width height confidence class name
0 942.523499 384.171814 398.466187 671.656372 0.879861 0 person
1 469.287354 573.686462 54.595459 272.699463 0.675119 27 tie
2 418.870941 456.504700 591.639587 526.533203 0.666693 0 person
3 1002.146362 364.552826 46.313049 101.946716 0.261517 27 tie]

3、多GPU运行

YOLOv5模型可以通过线程推理并行加载到多个GPU上，提高运行速度，这里就需要用到GPU版本的了，下面将会重点介绍，需要安装GPU匹配版本来覆盖(自动卸载并安装)前面的CPU版本。

import torch
import threading

def run(model, im):
  results = model(im)
  results.save()

model0 = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'yolov5s', device=0)
model1 = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'yolov5s', device=1)

img1='https://tenfei03.cfp.cn/creative/vcg/veer/1600water/veer-327742747.jpg'
img2='https://tenfei01.cfp.cn/creative/vcg/veer/1600water/veer-419516485.jpg'
threading.Thread(target=run, args=[model0, img1], daemon=True).start()
threading.Thread(target=run, args=[model1, img2], daemon=True).start()

如果你是在正确安装了CUDA、cuDNN、torch与torchvision之后，将可以正常处理图片了，当然我这里只有一块GPU，所以就只测试了device=0，如下图：

4、各种错误处理

在安装GPU版本的过程中，遇到了很多的错误需要处理，主要是一些安装版本匹配问题，对于这些安装存在的问题，只有通过不断的尝试，不断的出错，不断的思考，处理解决，这样后期对于安装的各种问题就会迎刃而解了。

4.1、Invalid CUDA

AssertionError: Invalid CUDA '--device 0' requested, use '--device cpu' or pass valid CUDA device(s)
CUDA是否正确安装，如下图使用命令测试下(nvcc --version和set cuda)：

如果上述命令不可用的，print(torch.cuda.is_available())，不出所料显示结果为：False
安装命令：conda install pytorch torchvision torchaudio cudatoolkit=11.3 -c pytorch
安装之后，再次查看就是True了，这个时候就可以使用到GPU设备了。但是别急，可能跟你的版本不一定匹配，看完之后再进行安装。

4.2、缺少模块

ModuleNotFoundError: No module named 'yaml'
如果缺少这个模块，注意了，安装的时候是pyyaml这个名称。
pip install pyyaml或conda install pyyaml

ModuleNotFoundError: No module named 'cv2'
这个名称为opencv-python

其余有缺少的情况，名称一样，安装即可。
当然这些模块(requirements.txt里面)都在最前面已经安装过了，只是换了虚拟环境忘记安装，来测试的时候出现这些情况，对于单独安装或缺失模块的可以这样进行。

4.3、安装GPU版本PyTorch

新建虚拟环境来安装，避免版本冲突。以下是安装的参考：

conda create -n torchgpu python=3.8
activate torchgpu
conda install pytorch torchvision torchaudio cudatoolkit=11.3 -c pytorch

大块头的CUDA和cuDNN，下载地址：

CUDA：https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit-archive
cuDNN：https://developer.nvidia.com/rdp/cudnn-download
PyTorch：https://pytorch.org/get-started/locally/
比如：pip3 install torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118
当然这个有2G多，也是建议迅雷下载下来之后安装要好点

(个人推荐)版本匹配：https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
比如本人的Python3.8版本，所以选择下载为cp38，这个torch2.0试过有问题然后更换到1.9。
pip install torch-2.0.1+cu118-cp38-cp38-win_amd64.whl
pip install torch-1.9.0+cu111-cp38-cp38-win_amd64.whl -i http://pypi.douban.com/simple/ --trusted-host pypi.douban.com
这个根据自己版本来选择下载即可，1.9没有问题，有时候最新版本，造成其他的库不能匹配。

安装好了之后，测试下CUDA是否可用：

import torch
torch.cuda.is_available()
torch.cuda.get_device_name(0)

如果分别显示True和显卡型号，就说明安装成功了。

4.4、NotImplementedError

如果出现下面这样的错误：

NotImplementedError: Could not run 'torchvision::nms' with arguments from the 'CUDA' backend. This could be because the operator doesn't exist for this backend, or was omitted during the selective/custom build process (if using custom build). If you are a Facebook employee using PyTorch on mobile, please visit https://fburl.com/ptmfixes for possible resolutions. 'torchvision::nms' is only available for these backends: [CPU, QuantizedCPU, BackendSelect, Python, FuncTorchDynamicLayerBackMode, Functionalize, Named, Conjugate, Negative, ZeroTensor, ADInplaceOrView, AutogradOther, AutogradCPU, AutogradCUDA, AutogradXLA, AutogradMPS, AutogradXPU, AutogradHPU, AutogradLazy, AutogradMeta, Tracer, AutocastCPU, AutocastCUDA, FuncTorchBatched, FuncTorchVmapMode, Batched, VmapMode, FuncTorchGradWrapper, PythonTLSSnapshot, FuncTorchDynamicLayerFrontMode, PythonDispatcher].

版本高了，不匹配，降低版本重新安装：

pip install torch==1.9.0+cu111 torchvision==0.10.0+cu111 torchaudio===0.9.0 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html -i http://pypi.douban.com/simple

同样建议迅雷下载：https://download.pytorch.org/whl/cu111/torch-1.9.0%2Bcu111-cp38-cp38-win_amd64.whl

4.5、Python无法找到入口

出现弹框错误提示：
Python无法找到入口，无法定位程序输入点
ModuleNotFoundError: No module named 'torch.ao.quantization'
pip list查看，原来是torchvision还是原来的安装版本

torch 1.9.0+cu111
torchvision 0.15.2

进入站点：https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html 下载对应版本的torchvision
我这里对应的是：torchvision-0.10.0+cu111-cp38-cp38-win_amd64.whl
下载之后安装即可：pip install torchvision-0.10.0+cu111-cp38-cp38-win_amd64.whl
再次pip list查看torchvision的版本是否已更改