回顾-AI全栈成长计划-AI进阶篇,使用Notebook 物体检测Yolo3

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QGS 发表于 2021/02/13 13:01:04 2021/02/13
【摘要】 回温AI全栈成长计划-AI进阶篇

物体检测YOLOv3实践

 

物体检测是计算机视觉中的一个重要的研究领域,在人流检测,行人跟踪,自动驾驶,医学影像等领域有着广泛的应用。不同于简单的图像分类,物体检测旨在对图像中的目标进行精确识别,包括物体的位置和分类,因此能够应用于更多高层视觉处理的场景。例如在自动驾驶领域,需要辨识摄像头拍摄的图像中的车辆、行人、交通指示牌及其位置,以便进一步根据这些数据决定驾驶策略。本期学习案例,我们将聚焦于YOLO算法,YOLO(You Only Look Once)是一种one-stage物体检测算法。

 

具体操作步骤:

登陆ModelArts控制台https://www.huaweicloud.com/product/modelarts.html -> 开发环境 -> Notebook -> 创建

名称:任意设置参数:python3-公共资源池-GPU-云硬盘EVS

创建Notebook

可以选择免费的版本,但是免费的要排队哦~

点击提交

创建步骤我就直接省略了,直接启动以及创建好的,初次创建只要选择好GPU一般都不会出现什么问题,如果选择cpu可能会出现内存耗尽的问题,所以建议选择GPU~

 

 

 

点击‘new’选择 ’tensorflow-1.13.1’

 

 

数据和代码下载

运行下面代码,进行数据和代码的下载和解压

本案例使用coco数据,共80个类别。

 
import os
from modelarts.session import Session
sess = Session()

if sess.region_name == 'cn-north-1':
    bucket_path="modelarts-labs/notebook/DL_object_detection_yolo/yolov3.tar.gz"
elif sess.region_name == 'cn-north-4':
    bucket_path="modelarts-labs-bj4/notebook/DL_object_detection_yolo/yolov3.tar.gz"
else:
    print("请更换地区到北京一或北京四")

if not os.path.exists('./yolo3'):
    sess.download_data(bucket_path=bucket_path, path="./yolov3.tar.gz")

if os.path.exists('./yolov3.tar.gz'):
    # 解压文件
    os.system("tar -xf ./yolov3.tar.gz")

    # 清理压缩包
    os.system("rm -r ./yolov3.tar.gz")

经过上面代码解压的数据文件,如下。

观察下载内容:coco是标注的训练数据文件和一些图片文件;model_data里面是模型参数文件和coco数据的类别文件;yolo3里面是模型源代码;train.py是训练代码,test.jpg用于最后的预测。

准备数据

 

文件路径定义

 
from train import get_classes, get_anchors
# 数据文件路径
data_path = "./coco/coco_data"
# coco类型定义文件存储位置
classes_path = './model_data/coco_classes.txt'
# coco数据anchor值文件存储位置
anchors_path = './model_data/yolo_anchors.txt'
# coco数据标注信息文件存储位置
annotation_path = './coco/coco_train.txt'
# 预训练权重文件存储位置
weights_path = "./model_data/yolo.h5"
# 模型文件存储位置
save_path = "./result/models/"

classes = get_classes(classes_path)
anchors = get_anchors(anchors_path)
# 获取类型数量和anchor数量变量
num_classes = len(classes)
num_anchors = len(anchors)
 
Using TensorFlow backend.
 

读取标注数据

 
import numpy as np

# 训练集与验证集划分比例
val_split = 0.1
with open(annotation_path) as f:
    lines = f.readlines()
np.random.seed(10101)
np.random.shuffle(lines)
np.random.seed(None)
num_val = int(len(lines)*val_split)
num_train = len(lines) - num_val
 

数据读取函数,构建数据生成器。每次读取一个批次的数据至内存训练,并做数据增强。

 
def data_generator(annotation_lines, batch_size, input_shape, data_path,anchors, num_classes):
    n = len(annotation_lines)
    i = 0
    while True:
        image_data = []
        box_data = []
        for b in range(batch_size):
            if i==0:
                np.random.shuffle(annotation_lines)
            image, box = get_random_data(annotation_lines[i], input_shape, data_path,random=True) # 随机挑选一个批次的数据
            image_data.append(image)
            box_data.append(box)
            i = (i+1) % n
        image_data = np.array(image_data)
        box_data = np.array(box_data)
        y_true = preprocess_true_boxes(box_data, input_shape, anchors, num_classes) # 对标注框预处理,过滤异常标注框
        yield [image_data, *y_true], np.zeros(batch_size)

def data_generator_wrapper(annotation_lines, batch_size, input_shape, data_path,anchors, num_classes):
    n = len(annotation_lines)
    if n==0 or batch_size<=0: return None
    return data_generator(annotation_lines, batch_size, input_shape, data_path,anchors, num_classes)
 

模型训练

本案例使用Keras深度学习框架搭建YOLOv3神经网络。

可以进入相应的文件夹路径查看源码实现。

构建神经网络

可以在./yolo3/model.py文件中查看细节

 
import keras.backend as K
from yolo3.model import preprocess_true_boxes, yolo_body, yolo_loss
from keras.layers import Input, Lambda
from keras.models import Model
# 初始化session
K.clear_session()

# 图像输入尺寸
input_shape = (416, 416)
image_input = Input(shape=(None, None, 3))
h, w = input_shape
# 设置多尺度检测的下采样尺寸
y_true = [Input(shape=(h//{0:32, 1:16, 2:8}[l], w//{0:32, 1:16, 2:8}[l], num_anchors//3, num_classes+5)) 
          for l in range(3)]

# 构建YOLO模型结构
model_body = yolo_body(image_input, num_anchors//3, num_classes)

# 将YOLO权重文件加载进来,如果希望不加载预训练权重,从头开始训练的话,可以删除这句代码
model_body.load_weights(weights_path, by_name=True, skip_mismatch=True)

# 定义YOLO损失函数
model_loss = Lambda(yolo_loss, output_shape=(1,), name='yolo_loss',
    arguments={'anchors': anchors, 'num_classes': num_classes, 'ignore_thresh': 0.5})([*model_body.output, *y_true])

# 构建Model,为训练做准备
model = Model([model_body.input, *y_true], model_loss)
 
WARNING:tensorflow:From /home/ma-user/anaconda3/envs/TensorFlow-1.13.1/lib/python3.6/site-packages/tensorflow/python/framework/op_def_library.py:263: colocate_with (from tensorflow.python.framework.ops) is deprecated and will be removed in a future version.
Instructions for updating:
Colocations handled automatically by placer.
 
# 打印模型各层结构
model.summary()

 

训练回调函数定义

 
from keras.callbacks import ReduceLROnPlateau, EarlyStopping

# 定义回调方法
reduce_lr = ReduceLROnPlateau(monitor='val_loss', factor=0.1, patience=3, verbose=1) # 学习率衰减策略
early_stopping = EarlyStopping(monitor='val_loss', min_delta=0, patience=10, verbose=1) # 早停策略
 

开始训练

 
from keras.optimizers import Adam
from yolo3.utils import get_random_data 

# 设置所有的层可训练
for i in range(len(model.layers)):
    model.layers[i].trainable = True
    
# 选择Adam优化器,设置学习率
learning_rate = 1e-4
model.compile(optimizer=Adam(lr=learning_rate), loss={'yolo_loss': lambda y_true, y_pred: y_pred}) 

# 设置批大小和训练轮数
batch_size = 16
max_epochs = 2
print('Train on {} samples, val on {} samples, with batch size {}.'.format(num_train, num_val, batch_size))
# 开始训练
model.fit_generator(data_generator_wrapper(lines[:num_train], batch_size, input_shape, data_path,anchors, num_classes),
    steps_per_epoch=max(1, num_train//batch_size),
    validation_data=data_generator_wrapper(lines[num_train:], batch_size, input_shape, data_path,anchors, num_classes),
    validation_steps=max(1, num_val//batch_size),
    epochs=max_epochs,
    initial_epoch=0,
    callbacks=[reduce_lr, early_stopping])
 
Train on 179 samples, val on 19 samples, with batch size 16.
Epoch 1/2
11/11 [==============================] - 29s 3s/step - loss: 46.9689 - val_loss: 45.4452
Epoch 2/2
11/11 [==============================] - 5s 437ms/step - loss: 45.4349 - val_loss: 45.0633
 
<keras.callbacks.History at 0x7fdd6ba012e8>
 

保存模型

 
import os
os.makedirs(save_path)
# 保存模型
model.save_weights(os.path.join(save_path, 'trained_weights_final.h5'))
 

模型测试

 

打开一张测试图片

 
from PIL import Image
import numpy as np
# 测试文件路径
test_file_path = './test.jpg'
# 打开测试文件
image = Image.open(test_file_path)
image_ori = np.array(image)
image_ori.shape
 
(640, 481, 3)
 

图片预处理

 
from yolo3.utils import letterbox_image

new_image_size = (image.width - (image.width % 32), image.height - (image.height % 32))
boxed_image = letterbox_image(image, new_image_size)
image_data = np.array(boxed_image, dtype='float32')
image_data /= 255.
image_data = np.expand_dims(image_data, 0)
image_data.shape
 
(1, 640, 480, 3)
 
import keras.backend as K
sess = K.get_session()
 

构建模型

 
from yolo3.model import yolo_body
from keras.layers import Input
# coco数据anchor值文件存储位置
anchor_path = "./model_data/yolo_anchors.txt"
with open(anchor_path) as f:
    anchors = f.readline()
anchors = [float(x) for x in anchors.split(',')]
anchors = np.array(anchors).reshape(-1, 2)
yolo_model = yolo_body(Input(shape=(None,None,3)), len(anchors)//3, num_classes)
 

加载模型权重,或将模型路径替换成上一步训练得出的模型路径

 
# 模型权重存储路径
weights_path = "./model_data/yolo.h5"
yolo_model.load_weights(weights_path)
 

定义IOU以及score:

  • IOU: 将交并比大于IOU的边界框作为冗余框去除
  • score:将预测分数大于score的边界框筛选出来
 
iou = 0.45
score = 0.8
 

构建输出[boxes, scores, classes]

 
from yolo3.model import yolo_eval
input_image_shape = K.placeholder(shape=(2, ))
boxes, scores, classes = yolo_eval(
    yolo_model.output, 
    anchors,
    num_classes,
    input_image_shape,
    score_threshold=score, 
    iou_threshold=iou)
 

进行预测

 
out_boxes, out_scores, out_classes = sess.run(
    [boxes, scores, classes],
    feed_dict={
        yolo_model.input: image_data,
        input_image_shape: [image.size[1], image.size[0]],
        K.learning_phase(): 0
    })
 
class_coco = get_classes(classes_path)
out_coco = []
for i in out_classes:
    out_coco.append(class_coco[i])
 
print(out_boxes)
print(out_scores)
print(out_coco)
 
[[152.6994   166.27255  649.0503   459.93747 ]
 [ 68.62152   21.843102 465.6621   452.6878  ]]
[0.9838943 0.999688 ]
['person', 'umbrella']
 

将预测结果绘制在图片上

 
from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw

font = ImageFont.truetype(font='font/FiraMono-Medium.otf',
                    size=np.floor(3e-2 * image.size[1] + 0.5).astype('int32'))

thickness = (image.size[0] + image.size[1]) // 300

for i, c in reversed(list(enumerate(out_coco))):
    predicted_class = c
    box = out_boxes[i]
    score = out_scores[i]

    label = '{} {:.2f}'.format(predicted_class, score)
    draw = ImageDraw.Draw(image)
    label_size = draw.textsize(label, font)

    top, left, bottom, right = box
    top = max(0, np.floor(top + 0.5).astype('int32'))
    left = max(0, np.floor(left + 0.5).astype('int32'))
    bottom = min(image.size[1], np.floor(bottom + 0.5).astype('int32'))
    right = min(image.size[0], np.floor(right + 0.5).astype('int32'))
    print(label, (left, top), (right, bottom))

    if top - label_size[1] >= 0:
        text_origin = np.array([left, top - label_size[1]])
    else:
        text_origin = np.array([left, top + 1])

    for i in range(thickness):
        draw.rectangle(
            [left + i, top + i, right - i, bottom - i],
            outline=225)
    draw.rectangle(
        [tuple(text_origin), tuple(text_origin + label_size)],
        fill=225)
    draw.text(text_origin, label, fill=(0, 0, 0), font=font)
    del draw
 
umbrella 1.00 (22, 69) (453, 466)
person 0.98 (166, 153) (460, 640)
 
image

结果如图

 

 

华为云AI项目赛事相关项目以及活动,流程基本都是相似的,具体还是要用项目练手,练手资源华为云官方

https://github.com/IamWWT/ModelArts-Lab

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