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NanoDetPlus

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NanoDetPlus 描述

NanoDetPlus 是一个速度超快和轻量级的移动端 Anchor-free 目标检测模型。它基于 FCOS 结构的单阶段anchor-free目标检测模型，使用 Generalized Focal Loss 作为分类和回归损失。

源项目GitHub地址

模型架构

NanoDetPlus：

NanoDetPlus 知乎中文介绍

数据集

数据集可参考文献：

MSCOCO2017

• 数据集大小：19.3G, 123287张80类彩色图像

  • 训练：19.3G, 118287张图片

  • 测试：1814.3M, 5000张图片

• 数据格式：RGB图像.

  • 注意：数据将在src/dataset.py 中被处理

face-mask-detection(迁移学习使用)

• 数据集大小：397.65MB, 853张3类彩色图像

• 数据格式：RGB图像.

  • 注意：数据将在src/dataset.py 中被处理

环境要求

• 硬件（Ascend）
  • 使用Ascend处理器准备硬件环境。
• 架构
  • MindSpore
• 想要获取更多信息，请检查以下资源：
  • MindSpore 教程
  • MindSpore Python API

脚本说明

脚本和示例代码

.
└─NanoDetPlus
  ├─README.md
  ├─ascend310_infer                           # 实现310推理源代码
  ├─scripts
    ├─run_single_train.sh                     # 使用Ascend环境单卡训练
    ├─run_distribute_train.sh                 # 使用Ascend环境八卡并行训练
    ├─run_distribute_train_gpu.sh             # 使用GPU环境八卡并行训练
    ├─run_single_train_gpu.sh                 # 使用GPU环境单卡训练
    ├─run_infer_310.sh                        # Ascend推理shell脚本
    ├─run_eval.sh                             # 使用Ascend环境运行推理脚本
    ├─run_eval_gpu.sh                         # 使用GPU环境运行推理脚本
  ├─config
    └─default_config.yaml                       # 参数配置
  ├─src
    ├─dataset.py                              # 数据预处理
    ├─NanodetPlus.py                          # 网络模型定义
    ├─init_params.py                          # 参数初始化
    ├─lr_generator.py                         # 学习率生成函数
    ├─coco_eval                               # coco数据集评估
    ├─box_utils.py                            # 先验框设置
    ├─_init_.py                               # 初始化
    ├──model_utils
      ├──config.py                            # 参数生成
      ├──device_adapter.py                    # 设备相关信息
      ├──local_adapter.py                     # 设备相关信息
      ├──moxing_adapter.py                    # 装饰器(主要用于ModelArts数据拷贝)
  ├─train.py                                  # 网络训练脚本
  ├─export.py                                 # 导出 AIR,MINDIR模型的脚本
  ├─postprogress.py                           # 310推理后处理脚本
  └─eval.py                                   # 网络推理脚本
  └─create_data.py                            # 构建Mindrecord数据集脚本
  └─data_split.py                             # 迁移学习数据集划分脚本
  └─quick_start.py                            # 迁移学习可视化脚本
  └─default_config.yaml                       # 参数配置
  └─shufflev2_x1.yaml                         # ShufflenetV2_1.0X 预训练权重

脚本参数

在脚本中使用到的主要参数是：
"img_shape": [320, 320],                                                                        # 图像尺寸
"num_retinanet_boxes": 2125,                                                                    # 设置的先验框总数
"nms_thershold": 0.6,                                                                           # 非极大抑制阈值
"min_score": 0.05,                                                                              # 最低得分
"max_boxes": 100,                                                                               # 检测框最大数量
"lr_init": 1e-6,                                                                                # 初始学习率
"lr_end_rate": 5e-3,                                                                            # 最终学习率与最大学习率的比值
"warmup_epochs1": 2,                                                                            # 第一阶段warmup的周期数
"warmup_epochs2": 5,                                                                            # 第二阶段warmup的周期数
"warmup_epochs3": 23,                                                                           # 第三阶段warmup的周期数
"warmup_epochs4": 60,                                                                           # 第四阶段warmup的周期数
"warmup_epochs5": 160,                                                                          # 第五阶段warmup的周期数
"momentum": 0.9,                                                                                # momentum
"weight_decay": 1.0e-4,                                                                         # 权重衰减率
"num_default": [1, 1, 1, 1],                                                                       # 单个网格中先验框的个数
"extras_out_channels": [96, 96, 96, 96],
"extras_out_channels_aux": [192, 192, 192, 192],
"feature_size": [40, 20, 10, 5],                                                                   # 特征层尺寸
"aspect_ratios": [[1.0], [1.0], [1.0], [1.0]],                                                         # 先验框大小变化比值
"steps": [8, 16, 32, 64],                                                                           # 先验框设置步长
"anchor_size":[8, 16, 32, 64],                                                                      # 先验框尺寸
"dlf_loss_weight": 0.25,                                                                        # distribute focal loss权重系数
"qfl_loss_weight": 0.25,                                                                        # quality focal loss权重系数
"giou_loss_weight": 0.25,                                                                       # giou loss权重系数
"beta": 2.0,                                                                                    # quality focal loss中的参数
"mindrecord_dir": "/cache/MindRecord_COCO",                                                     # mindrecord文件路径
"coco_root": "/cache/coco",                                                                     # coco数据集路径
"train_data_type": "train2017",                                                                 # train图像的文件夹名
"val_data_type": "val2017",                                                                     # val图像的文件夹名
"instances_set": "annotations_trainval2017/annotations/instances_{}.json",                      # 标签文件路径
"coco_classes": ('person', 'bicycle', 'car', 'motorcycle', 'airplane', 'bus',                   # coco数据集的种类
                 'train', 'truck', 'boat', 'traffic light', 'fire hydrant',
                 'stop sign', 'parking meter', 'bench', 'bird', 'cat', 'dog',
                 'horse', 'sheep', 'cow', 'elephant', 'bear', 'zebra',
                 'giraffe', 'backpack', 'umbrella', 'handbag', 'tie',
                 'suitcase', 'frisbee', 'skis', 'snowboard', 'sports ball',
                 'kite', 'baseball bat', 'baseball glove', 'skateboard',
                 'surfboard', 'tennis racket', 'bottle', 'wine glass', 'cup',
                 'fork', 'knife', 'spoon', 'bowl', 'banana', 'apple',
                 'sandwich', 'orange', 'broccoli', 'carrot', 'hot dog', 'pizza',
                 'donut', 'cake', 'chair', 'couch', 'potted plant', 'bed',
                 'dining table', 'toilet', 'tv', 'laptop', 'mouse', 'remote',
                 'keyboard', 'cell phone', 'microwave', 'oven', 'toaster', 'sink',
                 'refrigerator', 'book', 'clock', 'vase', 'scissors',
                 'teddy bear', 'hair drier', 'toothbrush'),
"num_classes": 80,                                                                              # 数据集类别数
"voc_root": "",                                                                                 # voc数据集路径
"voc_dir": "",
"image_dir": "",                                                                                # 图像路径
"anno_path": "",                                                                                # 标签文件路径
"save_checkpoint": True,                                                                        # 保存checkpoint
"save_checkpoint_epochs": 1,                                                                    # 保存checkpoint epoch数
"keep_checkpoint_max":1,                                                                        # 保存checkpoint的最大数量
"save_checkpoint_path": "./ckpt",                                                               # 保存checkpoint的路径
"finish_epoch":0,                                                                               # 已经运行完成的 epoch 数
"checkpoint_path":"./ckpt/nanodetplus-497_916.ckpt"                                                 # 用于推理的checkpoint路径

训练过程

用法

运行train.py进行训练。train.py的用法如下：

# 八卡并行训练示例：

python train.py --xxx xx --xxx xx --xxx xx

# 单卡训练示例：

python train.py --xxx xx --xxx xx --xxx xx

运行

COCO2017数据集下载

数据集结构
└─cocodataset
  ├─train2017
  ├─val2017
  ├─test2017
  ├─annotations

训练前，先创建MindRecord文件，以COCO数据集为例，yaml文件配置好coco数据集路径和mindrecord存储路径
# your cocodataset dir
coco_root: /home/DataSet/cocodataset/
# mindrecord dataset dir
mindrecord_dr: /home/DataSet/MindRecord_COCO

# 生成训练数据集
python create_data.py --create_dataset coco --prefix nanodetplus.mindrecord --is_training True --config_path
(例如：python create_data.py  --create_dataset coco --prefix nanodetplus.mindrecord --is_training True --config_path /home/nanodet/config/default_config.yaml)

# 生成测试数据集
python create_data.py --create_dataset coco --prefix nanodetplus_eval.mindrecord --is_training False --config_path
(例如：python create_data.py  --create_dataset coco --prefix nanodetplus.mindrecord --is_training False --config_path /home/nanodet/config/default_config.yaml)

Ascend:
# 八卡并行训练示例(在nanodetplus目录下运行)：
bash scripts/run_distribute_train.sh [DEVICE_NUM] [RANK_TABLE_FILE] [MINDRECORD_DIR] [CONFIG_PATH] [PRE_TRAINED(optional)] [PRE_TRAINED_EPOCH_SIZE(optional)]
# example: bash scripts/run_distribute_train.sh 8 ~/hccl_8p.json /home/DataSet/MindRecord_COCO/ /home/nanodet/config/default_config.yaml

# 单卡训练示例(在nanodetplus目录下运行)：
bash scripts/run_single_train.sh [DEVICE_ID] [MINDRECORD_DIR] [CONFIG_PATH]
# example: bash scripts/run_single_train.sh 0 /home/DataSet/MindRecord_COCO/ /home/nanodet/config/default_config.yaml

结果

训练结果将存储在示例路径中。checkpoint将存储在 ./ckpt 路径下，训练日志将被记录到 ./log.txt 中，训练日志部分示例如下：

epoch: 2 step: 916, loss is 3.808152198791504
lr:[0.000003]
Train epoch time: 69673.419 ms, per step time: 76.063 ms
epoch: 3 step: 916, loss is 3.785554885864258
lr:[0.000026]
Train epoch time: 69154.971 ms, per step time: 75.497 ms
epoch: 4 step: 916, loss is 3.6225786209106445
lr:[0.000042]
Train epoch time: 68797.957 ms, per step time: 75.107 ms
epoch: 5 step: 916, loss is 3.559579372406006
lr:[0.000058]
Train epoch time: 68876.150 ms, per step time: 75.192 ms

• 如果要在modelarts上进行模型的训练，可以参考modelarts的官方指导文档 开始进行模型的训练和推理，具体操作如下：

#  在ModelArts上使用分布式训练示例:
#  数据集存放方式

#  ├── MindRecord_COCO                                              # dir
#    ├── annotations                                                # annotations dir
#       ├── instances_val2017.json                                  # annotations file
#    ├── checkpoint                                                 # checkpoint dir
#    ├── pred_train                                                 # predtrained dir
#    ├── MindRecord_COCO.zip                                        # train mindrecord file and eval mindrecord file

# (1) 选择a(修改yaml文件参数)或者b(ModelArts创建训练作业修改参数)其中一种方式。
#       a. 设置 "enable_modelarts=True"
#          设置 "distribute=True"
#          设置 "keep_checkpoint_max=5"
#          设置 "save_checkpoint_path=/cache/train/checkpoint"
#          设置 "mindrecord_dir=/cache/data/MindRecord_COCO"
#          设置 "epoch_size=550"
#          设置 "modelarts_dataset_unzip_name=MindRecord_COCO"
#          设置 "pre_trained=/cache/data/train/train_predtrained/pred file name" 如果没有预训练权重 pre_trained=""

#       b. 增加 "enable_modelarts=True" 参数在modearts的界面上。
#          在modelarts的界面上设置方法a所需要的参数
#          注意：路径参数不需要加引号

# (2)设置网络配置文件的路径 "_config_path=/The path of config in default_config.yaml/"
# (3) 在modelarts的界面上设置代码的路径 "/path/nanodet"。
# (4) 在modelarts的界面上设置模型的启动文件 "train.py" 。
# (5) 在modelarts的界面上设置模型的数据路径 ".../MindRecord_COCO"(选择MindRecord_COCO文件夹路径) ,
# 模型的输出路径"Output file path" 和模型的日志路径 "Job log path" 。
# (6) 开始模型的训练。

# 在modelarts上使用模型推理的示例
# (1) 把训练好的模型地方到桶的对应位置。
# (2) 选择a或者b其中一种方式。
#        a.设置 "enable_modelarts=True"
#          设置 "mindrecord_dir=/cache/data/MindRecord_COCO"
#          设置 "checkpoint_path=/cache/data/checkpoint/checkpoint file name"
#          设置 "instance_set=/cache/data/MindRecord_COCO/annotations/instances_{}.json"

#       b. 增加 "enable_modelarts=True" 参数在modearts的界面上。
#          在modelarts的界面上设置方法a所需要的参数
#          注意：路径参数不需要加引号

# (3) 设置网络配置文件的路径 "_config_path=/The path of config in default_config.yaml/"
# (4) 在modelarts的界面上设置代码的路径 "/path/nanodet"。
# (5) 在modelarts的界面上设置模型的启动文件 "eval.py" 。
# (6) 在modelarts的界面上设置模型的数据路径 "../MindRecord_COCO"(选择MindRecord_COCO文件夹路径) ,
# 模型的输出路径"Output file path" 和模型的日志路径 "Job log path" 。
# (7) 开始模型的推理。

推理过程

用法

使用shell脚本进行评估。shell脚本的用法如下：

Ascend:
bash scripts/run_eval.sh [DEVICE_ID] [DATASET] [MINDRECORD_DIR] [CHECKPOINT_PATH] [ANN_FILE PATH] [CONFIG_PATH]
# example: bash scripts/run_eval.sh 0 coco /home/DataSet/MindRecord_COCO/ /home/model/nanodet/ckpt/nanodet_500-916.ckpt /home/DataSet/cocodataset/annotations/instances_{}.json /home/nanodet/config/default_config.yaml

checkpoint 可以在训练过程中产生。

结果

计算结果将存储在示例路径中，您可以在 eval.log 查看。

Ascend:
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.231
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.388
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.75      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.237
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.086
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.213
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.349
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=  1 ] = 0.243
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets= 10 ] = 0.387
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.429
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.190
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.456
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.616

========================================

mAP: 0.23102239914173627

模型导出

用法

导出模型前要修改config.py文件中的checkpoint_path配置项，值为checkpoint的路径。

python export.py --file_name [RUN_PLATFORM] --file_format[EXPORT_FORMAT] --checkpoint_path [CHECKPOINT PATH]

EXPORT_FORMAT 可选 ["AIR", "MINDIR"]

运行

python export.py  --file_name retinanet --file_format MINDIR --checkpoint_path /cache/checkpoint/retinanet_550-458.ckpt

• 在modelarts上导出MindIR

  在ModelArts上导出MindIR示例
  # (1) 选择a(修改yaml文件参数)或者b(ModelArts创建训练作业修改参数)其中一种方式。
  #       a. 设置 "enable_modelarts=True"
  #          设置 "file_name=retinanet"
  #          设置 "file_format=MINDIR"
  #          设置 "checkpoint_path=/cache/data/checkpoint/checkpoint file name"
  
  #       b. 增加 "enable_modelarts=True" 参数在modearts的界面上。
  #          在modelarts的界面上设置方法a所需要的参数
  #          注意：路径参数不需要加引号
  # (2)设置网络配置文件的路径 "_config_path=/The path of config in default_config.yaml/"
  # (3) 在modelarts的界面上设置代码的路径 "/path/retinanet"。
  # (4) 在modelarts的界面上设置模型的启动文件 "export.py" 。
  # (5) 在modelarts的界面上设置模型的数据路径 ".../MindRecord_COCO"(选择MindRecord_COCO文件夹路径) ,
  # MindIR的输出路径"Output file path" 和模型的日志路径 "Job log path" 。
  

推理过程

推理前需参照 MindSpore C++推理部署指南 进行环境变量设置。

用法

在推理之前需要在昇腾910环境上完成模型的导出。推理时要将iscrowd为true的图片排除掉。在cpp_infer目录下保存了去排除后的图片id。
还需要修改config.py文件中的coco_root、val_data_type、instances_set配置项，值分别取coco数据集的目录，推理所用数据集的目录名称，推理完成后计算精度用的annotation文件，instances_set是用val_data_type拼接起来的，要保证文件正确并且存在。

bash run_infer_cpp.sh [MINDIR_PATH] [DATA_PATH] [DEVICE_TYPE] [DEVICE_ID]

运行

 bash run_infer_310.sh ./retinanet.mindir ./dataset/coco2017/val2017 ./image_id.txt 0

结果

推理的结果保存在当前目录下，在acc.log日志文件中可以找到类似以下的结果。

 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.231
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.388
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.75      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.237
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.086
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.213
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.349
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=  1 ] = 0.243
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets= 10 ] = 0.387
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.429
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.190
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.456
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.616

========================================

mAP: 0.23102239914173627

模型说明

性能

训练性能

参数	Ascend
模型名称	Nanodet
运行环境	Ascend 910；CPU 2.6GHz，192cores；Memory 755G；系统 Euler2.8
上传时间	23/02/2023
MindSpore 版本	1.8.1
数据集	123287 张图片
Batch_size	32
训练参数	src/config.py
优化器	Momentum
损失函数	Generalized Focal Loss + GIou Loss
最终损失	1.9148430824279785
精确度 (8p)	mAP[0.231]
训练总时间 (8p)	14h16m54s

推理性能

参数	Ascend
模型名称	Retinanet
运行环境	Ascend 910；CPU 2.6GHz，192cores；Memory 755G；系统 Euler2.8
上传时间	23/02/2023
MindSpore 版本	1.8.1
数据集	5k 张图片
Batch_size	32
精确度	mAP[0.231]
总时间	10 mins and 50 seconds

随机情况的描述

在 dataset.py 脚本中, 我们在 create_dataset 函数中设置了随机种子. 我们在 train.py 脚本中也设置了随机种子.

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请核对官方 主页。

数据集处理

数据集下载地址

下载数据集后解压至retinanet根目录下，使用data_split脚本划分出80%的训练集和20%的测试集

运行脚本示例
python data_split.py

数据集结构
└─dataset
  ├─train
  ├─val
  ├─annotation

训练前，先创建MindRecord文件，以face_mask_detection数据集为例，yaml文件配置好facemask数据集路径和mindrecord存储路径
# your dataset dir
dataset_root: /home/mindspore/retinanet/dataset/
# mindrecord dataset dir
mindrecord_dir: /home/mindspore/retinanet/mindrecord

# 生成训练数据集
python create_data.py  --config_path
(例如：python create_data.py  --config_path  './config/finetune_config.yaml')

# 生成测试数据集
测试数据集可以在训练完成由eval脚本自动生成

结果说明
图中颜色的含义分别是：

• 浅蓝：真实标签的mask_weared_incorrect
• 浅绿：真实标签的with_mask
• 浅红：真实标签的without_mask
• 蓝色：预测标签的mask_weared_incorrect
• 绿色：预测标签的with_mask
• 红色：预测标签的without_mask