PPYOLO、PPYOLOv2、PPYOLOE的pytorch实现三合一！尽在miemiedetection!

3D视觉工坊

发布于 2022-06-28 18:16:44

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发布于 2022-06-28 18:16:44

本文为52CV粉丝投稿，编辑：我爱计算机视觉

大家好！今天给大家安利一个宝藏仓库miemiedetection ，该仓库实现了PPYOLO、PPYOLOv2、PPYOLOE三个算法一键三连，还请大家点个star!

miemiedetection是咩酱基于YOLOX进行二次开发的个人检测库（使用的深度学习框架为pytorch），实现了可变形卷积DCNv2、Matrix NMS等高难度算子，支持单机单卡、单机多卡、多机多卡训练模式（多卡训练模式建议使用Linux系统），支持Windows、Linux系统，以咩酱的名字命名。miemiedetection是一个不需要安装的检测库用户可以直接更改其代码改变执行逻辑，所见即所得！所以往miemiedetection里加入新的算法是一件很容易的事情（可以参考PPYOLO的写法往miemiedetection里加入新的算法）。得益于YOLOX的优秀架构，miemiedetection里的算法训练速度都非常快，数据读取不再是训练速度的瓶颈！目前miemiedetection支持YOLOX、PPYOLO、PPYOLOv2、PPYOLOE等算法，预计未来会加入更多算法，所以请大家点个star吧！

首先，这3个PPYOLO模型均经过了loss对齐、梯度对齐的实验，你也可以在源码中看到我注释掉的读写*.npz 的代码，都是做对齐实验遗留的代码。所以，说它们是如假包换的PPYOLO算法一点都不过分，因为它们拥有和原版仓库一样的损失、一样的梯度。另外，我也试着用原版仓库和miemiedetection迁移学习voc2012数据集，获得了一样的精度（使用了相同的超参数），训练日志在train_ppyolo_in_voc2012文件夹里，相关命令可以查看“训练自定义数据集”小节。证明了复现PPYOLO系列算法的正确性！

和原版实现一样，咩酱使用了同样的学习率、同样的学习率衰减策略warm_piecewisedecay（PPYOLO和PPYOLOv2使用）和warm_cosinedecay（PPYOLOE使用）、同样的指数滑动平均EMA、同样的数据预处理方式、同样的参数L2权重衰减、同样的损失、同样的梯度、同样的预训练模型，迁移学习得到了同样的精度。实验做得足，测试做得多，保证大家有美好的使用体验！不要998，不要998，只要你点个star，就能把3个算法带回家！如何使用miemiedetection呢？咩酱详细道来！

获取预训练模型(转换权重)

读者可以到【我爱计算机视觉】公众号后台回复『mie』下载转换好的*.pth权重文件。

或者按照下面的步骤获取：

第一步，下载权重文件，项目根目录下执行（即下载文件，Windows用户可以用迅雷或浏览器下载wget后面的链接，这里为了展现美观，只以ppyoloe_crn_l_300e_coco为例）：

wget https://paddledet.bj.bcebos.com/models/ppyoloe_crn_l_300e_coco.pdparams
wget https://paddledet.bj.bcebos.com/models/pretrained/CSPResNetb_l_pretrained.pdparams

注意，带有pretrained字样的模型是在ImageNet上预训练的骨干网路，PPYOLO、PPYOLOv2、PPYOLOE加载这些权重以训练COCO数据集。其余为COCO上的预训练模型。

第二步，转换权重，项目根目录下执行：

python tools/convert_weights.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_300e_coco.py -c ppyoloe_crn_l_300e_coco.pdparams -oc ppyoloe_crn_l_300e_coco.pth -nc 80
python tools/convert_weights.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_300e_coco.py -c CSPResNetb_l_pretrained.pdparams -oc CSPResNetb_l_pretrained.pth -nc 80 --only_backbone True

参数解释:

-f表示的是使用的配置文件；
-c表示的是读取的源权重文件；
-oc表示的是输出（保存）的pytorch权重文件；
-nc表示的是数据集的类别数；
--only_backbone为True时表示只转换骨干网络的权重；

执行完毕后就会在项目根目录下获得转换好的*.pth权重文件。

配置文件详解

在下面的命令中，大部分都会使用模型的配置文件，所以一开始就有必要先详细解释配置文件。

mmdet.exp.base_exp.BaseExp为配置文件基类，是一个抽象类，声明了一堆抽象方法，如get_model()表示如何获取模型，get_data_loader()表示如何获取训练的dataloader，get_optimizer()表示如何获取优化器等等。
mmdet.exp.datasets.coco_base.COCOBaseExp是数据集的配置，继承了BaseExp，它只给出数据集的配置。本仓库只支持COCO标注格式的数据集的训练！其它标注格式的数据集，需要先转换成COCO标注格式，才能训练（支持太多标注格式的话，工作量太大）。如何把自定义数据集转换成COCO标注格式，可以看miemieLabels 。所有的检测算法配置类都会继COCOBaseExp，表示所有的检测算法共用同样的数据集的配置。

COCOBaseExp的配置项有：

        self.num_classes = 80
        self.data_dir = '../COCO'
        self.cls_names = 'class_names/coco_classes.txt'
        self.ann_folder = "annotations"
        self.train_ann = "instances_train2017.json"
        self.val_ann = "instances_val2017.json"
        self.train_image_folder = "train2017"
        self.val_image_folder = "val2017"

self.num_classes表示的是数据集的类别数；
self.data_dir表示的是数据集的根目录；
self.cls_names表示的是数据集的类别名文件路径，是一个txt文件，一行表示一个类别名。如果是自定义数据集，需要新建一个txt文件并编辑好类别名，再修改self.cls_names指向它；
self.ann_folder表示的是数据集的注解文件根目录，需要位于self.data_dir目录下；
self.train_ann表示的是数据集的训练集的注解文件名，需要位于self.ann_folder目录下；
self.val_ann表示的是数据集的验证集的注解文件名，需要位于self.ann_folder目录下；
self.train_image_folder表示的是数据集的训练集的图片文件夹名，需要位于self.data_dir目录下；
self.val_image_folder表示的是数据集的验证集的图片文件夹名，需要位于self.data_dir目录下；

另外，自带有一个VOC2012数据集的配置，把

        # self.num_classes = 20
        # self.data_dir = '../VOCdevkit/VOC2012'
        # self.cls_names = 'class_names/voc_classes.txt'
        # self.ann_folder = "annotations2"
        # self.train_ann = "voc2012_train.json"
        # self.val_ann = "voc2012_val.json"
        # self.train_image_folder = "JPEGImages"
        # self.val_image_folder = "JPEGImages"

解除注释，注释掉COCO数据集的配置，就是使用VOC2012数据集了。

另外，你也可以像exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_voc2012.py中一样，在子类中修改self.num_classes、self.data_dir这些数据集的配置，这样COCOBaseExp的配置就被覆盖掉（无效）了。

voc2012_train.json、voc2012_val.json是我个人转换好的COCO标注格式的注解文件，可以到【我爱计算机视觉】公众号后台回复『mie』下载。

下载好后，在VOC2012数据集的self.data_dir目录下新建一个文件夹annotations2，把voc2012_train.json、voc2012_val.json放进这个文件夹。

所以，COCO数据集、VOC2012数据集、本项目的放置位置应该是这样：

D://GitHub
     |------COCO
     |        |------annotations
     |        |------test2017
     |        |------train2017
     |        |------val2017
     |
     |------VOCdevkit
     |        |------VOC2007
     |        |        |------Annotations
     |        |        |------ImageSets
     |        |        |------JPEGImages
     |        |        |------SegmentationClass
     |        |        |------SegmentationObject
     |        |
     |        |------VOC2012
     |                 |------Annotations
     |                 |------annotations2
     |                 |         |----------voc2012_train.json
     |                 |         |----------voc2012_val.json
     |                 |------ImageSets
     |                 |------JPEGImages
     |                 |------SegmentationClass
     |                 |------SegmentationObject
     |
     |------miemiedetection-master
              |------assets
              |------class_names
              |------mmdet
              |------tools
              |------...

数据集根目录和miemiedetection-master是同一级目录。我个人非常不建议把数据集放在miemiedetection-master里，那样的话PyCharm打开会巨卡无比；而且，多个项目（如mmdetection、PaddleDetection、AdelaiDet）共用数据集时，可以做到数据集路径和项目名无关。

mmdet.exp.ppyolo.ppyolo_method_base.PPYOLO_Method_Exp是实现具体算法所有抽象方法的类，继承了COCOBaseExp，它实现了所有抽象方法。
exp.ppyolo.ppyolo_r50vd_2x.Exp是PPYOLO算法的Resnet50Vd模型的最终配置类，继承了PPYOLO_Method_Exp；

PPYOLOE的配置文件也是类似这样的结构。

预测

（1）预测一张图片，项目根目录下执行：

python tools/demo.py image -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_300e_coco.py -c ppyoloe_crn_l_300e_coco.pth --path assets/000000000019.jpg --conf 0.15 --tsize 640 --save_result --device gpu

参数解释:

-f表示的是使用的配置文件；
-c表示的是读取的权重文件；
--path表示的是图片的路径；
--conf表示的是分数阈值，只会画出高于这个阈值的预测框；
--tsize表示的是预测时将图片Resize成--tsize的分辨率；

预测完成后控制台会打印结果图片的保存路径，用户可打开查看。如果是使用训练自定义数据集保存的模型进行预测，修改-c为你的模型的路径即可。

（2）预测图片文件夹，项目根目录下执行：

python tools/demo.py image -f exps/ppyolo/ppyolo_r18vd.py -c ppyolo_r18vd.pth --path assets --conf 0.15 --tsize 416 --save_result --device gpu

很简单，--path改成图片文件夹的路径即可。

训练COCO数据集

如果读取ImageNet预训练骨干网络训练COCO数据集，项目根目录下执行：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3,4,5,6,7
python tools/train.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_300e_coco.py -d 8 -b 160 -eb 16 -c CSPResNetb_l_pretrained.pth --fp16

非常简单，一条命令启动单机8卡训练，你需要有一台单机8卡的超算，Money is all you need!

参数解释:

-f表示的是使用的配置文件；
-d表示的是显卡数量；
-b表示的是训练时的批大小（所有卡的）；
-eb表示的是评估时的批大小（所有卡的）；
-c表示的是读取的权重文件；

其它可选的参数:

--fp16，自动混合精度训练；
--num_machines，机器数量，建议单机多卡训练；
--resume表示的是是否是恢复训练；

训练自定义数据集

建议读取COCO预训练权重进行训练，因为收敛快。以上述的VOC2012数据集为例，

一、ppyolo_r50vd模型

（1）如果是1机1卡，输入命令开始训练：

python tools/train.py -f exps/ppyolo/ppyolo_r50vd_voc2012.py -d 1 -b 8 -eb 4 -c ppyolo_r50vd_2x.pth

如果训练因为某些原因中断，想要读取之前保存的模型恢复训练，只要修改-c，加上--resume，输入：

python tools/train.py -f exps/ppyolo/ppyolo_r50vd_voc2012.py -d 1 -b 8 -eb 4 -c PPYOLO_outputs/ppyolo_r50vd_voc2012/13.pth --resume

修改-c成你要读取的模型的路径即可。

（2）如果是2机2卡（每台机上1张卡）， 0号机输入以下命令：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
python tools/train.py -f exps/ppyolo/ppyolo_r50vd_voc2012.py --dist-url tcp://192.168.0.107:12312 --num_machines 2 --machine_rank 0 -b 8 -eb 4 -c ppyolo_r50vd_2x.pth

1号机输入以下命令：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
python tools/train.py -f exps/ppyolo/ppyolo_r50vd_voc2012.py --dist-url tcp://192.168.0.107:12312 --num_machines 2 --machine_rank 1 -b 8 -eb 4 -c ppyolo_r50vd_2x.pth

你需要把上面2条命令的192.168.0.107改成0号机的局域网ip。

（3）如果是1机2卡，输入命令开始训练：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1
nohup python tools/train.py -f exps/ppyolo/ppyolo_r50vd_voc2012.py -d 2 -b 8 -eb 2 -c ppyolo_r50vd_2x.pth     > ppyolo.log 2>&1 &

迁移学习VOC2012数据集，实测ppyolo_r50vd_2x的AP(0.50:0.95)可以到达0.59+、AP(0.50)可以到达0.82+、AP(small)可以到达0.18+。不管是单卡还是多卡，都能得到这个结果。迁移学习时和PaddleDetection获得了一样的精度、一样的收敛速度，二者的训练日志位于train_ppyolo_in_voc2012文件夹下。

二、ppyoloe_l模型

（1）如果是1机1卡，输入命令开始训练（冻结了骨干网络）：

python tools/train.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_voc2012.py -d 1 -b 8 -eb 2 -c ppyoloe_crn_l_300e_coco.pth --fp16

（2）如果是1机2卡，输入命令开始训练（冻结了骨干网络）：

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1
nohup python tools/train.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_voc2012.py -d 2 -b 8 -eb 2 -c ppyoloe_crn_l_300e_coco.pth --fp16     > ppyoloe_l.log 2>&1 &

迁移学习VOC2012数据集，实测ppyoloe_l的AP(0.50:0.95)可以到达0.66+、AP(0.50)可以到达0.85+、AP(small)可以到达0.28+。不管是单卡还是多卡，都能得到这个结果。迁移学习时和PaddleDetection获得了一样的精度、一样的收敛速度，二者的训练日志位于train_ppyolo_in_voc2012文件夹下。

评估

总体的命令格式是

python tools/eval.py -f {exp配置文件的路径} -d 1 -b 4 -c {读取的.pth权重文件的路径} --conf {分数过滤阈值} --tsize {输入网络的图片分辨率}

比如，项目根目录下执行：

python tools/eval.py -f exps/ppyoloe/ppyoloe_crn_l_300e_coco.py -d 1 -b 4 -c ppyoloe_crn_l_300e_coco.pth --conf 0.01 --tsize 640

结果是

 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.505
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.681
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.75      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.547
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.335
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.552
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.671
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=  1 ] = 0.377
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets= 10 ] = 0.617
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.657
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.461
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.709
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.819

转换权重后精度有一点损失，差了大约0.4%，影响不大。