在英特爾獨(dú)立顯卡上部署YOLOv5 v7.0版實(shí)時(shí)實(shí)例分割模型

作者：英特爾物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新大使 賈志剛

本文將介紹在基于 OpenVINO 在英特爾獨(dú)立顯卡上部署 YOLOv5 實(shí)時(shí)實(shí)例分割模型的全流程，并提供完整范例代碼供讀者使用。

1.1YOLOv5 實(shí)時(shí)實(shí)例分割模型簡(jiǎn)介

YOLOv5 是 AI 開發(fā)者友好度最佳的框架之一，與其它YOLO 系列相比：

工程化水平好，工程應(yīng)用時(shí)“坑”少

文檔詳實(shí)友好，易讀易懂

既容易在用戶的數(shù)據(jù)集上重訓(xùn)練又容易在不同的平臺(tái)上進(jìn)行部署

社區(qū)活躍度高(截至2022-11-27有33.2k GitHub 星, 287個(gè)貢獻(xiàn)者)

項(xiàng)目演進(jìn)速度快

默認(rèn)支持 OpenVINO 部署

在典型行業(yè)（制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通等）有廣泛應(yīng)用。

2022年11月22日，YOLOv5 v7.0版正式發(fā)布，成為YOLO 系列中第一個(gè)支持實(shí)時(shí)實(shí)例分割（Real Time Instance Segmentation）的框架。從此，YOLOv5 框架不僅具有實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)模型，還涵蓋了圖像分類和實(shí)例分割。

圖片來源: https://github.com/ultralytics/yolov5/releases

與實(shí)時(shí)實(shí)例分割 SOTA 性能榜中的模型相比，YOLOv5 作者發(fā)布的 YOLOv5-Seg 模型數(shù)據(jù)，無論是精度還是速度，都領(lǐng)先于當(dāng)前 SOTA 性能榜中的模型。

1.2英特爾消費(fèi)級(jí)銳炫 A系列顯卡簡(jiǎn)介

2022年英特爾發(fā)布了代號(hào)為 Alchemist 的第一代消費(fèi)級(jí)銳炫桌面獨(dú)立顯卡，當(dāng)前英特爾京東自營(yíng)旗艦店里銷售的主要型號(hào)為 A750 和 A770，其典型參數(shù)如下圖所示。

OpenVINO 從2022.2版開始支持英特爾獨(dú)立顯卡，包括英特爾數(shù)據(jù)中心 GPUFlex 系列和英特爾銳炫系列。

1.3在英特爾獨(dú)立顯卡上部署

YOLOv5-seg 模型的完整流程

在英特爾獨(dú)立顯卡上部署 YOLOv5-seg 模型的完整流程主要有三步：

1搭建 YOLOv5 開發(fā)環(huán)境和 OpenVINO 部署環(huán)境

2運(yùn)行模型優(yōu)化器（Model Optimizer）優(yōu)化并轉(zhuǎn)換模型

3調(diào)用 OpenVINO Runtime API函數(shù)編寫模型推理程序，完成模型部署

本文將按照上述三個(gè)步驟，依次詳述。

1.3.1搭建 YOLOv5 開發(fā)環(huán)境和 OpenVINO 部署環(huán)境

最近的 YOLOv5 Github 代碼倉(cāng)，即 YOLOv5 v7.0，已經(jīng)將 openvino-dev[onnx] 寫入 requirement.txt 文件，當(dāng)執(zhí)行 pip install -r requirements.txt，會(huì)安裝完 YOLOv5 開發(fā)環(huán)境和 OpenVINO部署環(huán)境。

git clone https://github.com/ultralytics/yolov5 # clonecd yolov5
cd yolov5
pip install -r requirements.txt

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1.3.2驗(yàn)證 YOLOv5 開發(fā)環(huán)境和 OpenVINO部署環(huán)境

執(zhí)行完上述命令后，運(yùn)行命令

python segmentpredict.py --source dataimages

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執(zhí)行結(jié)果如下圖所示，說明 YOLOv5 開發(fā)環(huán)境和OpenVINO 部署環(huán)境已搭建成功。

1.3.3導(dǎo)出 yolov5s-seg OpenVINO IR 模型

使用命令：

python export.py --weights yolov5s-seg.pt --include onnx

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獲得 yolov5s-seg ONNX 格式模型：yolov5s-seg.onnx

然后運(yùn)行命令：

mo -m yolov5s-seg.onnx --data_type FP16

獲得yolov5s-seg IR格式模型：yolov5s-seg.xml和yolov5s-seg.bin。

1.3.4用 Netron 工具查看 yolov5s-seg.onnx 模型的輸入和輸出

使用 Netron：https://netron.app/

查看 yolov5s-seg.onnx 模型的輸入和輸出，如下圖所示：

從圖中可以看出：yolov5s-seg 模型

? 輸入節(jié)點(diǎn)名字：“images”；數(shù)據(jù)：float32[1,3,640,640]

? 輸出節(jié)點(diǎn)1的名字：“output0”；數(shù)據(jù)：float32[1,25200,117]。

其中117的前85個(gè)字段跟 YOLOv5 定義完全一致，即檢測(cè)框信息；后32個(gè)字段用于計(jì)算掩膜數(shù)據(jù)。

? 輸出節(jié)點(diǎn)2的名字：“output1”；數(shù)據(jù)：float32[1,32,160,160]。output1 的輸出與 output0 后32個(gè)字段做矩陣乘法后得到的數(shù)據(jù)，即為對(duì)應(yīng)目標(biāo)的掩膜數(shù)據(jù)。

1.3.5使用 OpenVINO Runtime API 編寫 yolov5s-seg 推理程序

由于 yolov5s-seg 模型是在 YoLov5 模型的基礎(chǔ)上增加了掩膜輸出分支，所以圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理部分跟 YoLov5 模型一模一樣。

整個(gè)推理程序主要有五個(gè)關(guān)鍵步驟：

第一步：創(chuàng)建 Core 對(duì)象；

第二步：載入 yolov5s-seg 模型，并面向英特爾獨(dú)立顯卡編譯模型

第三步：對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理

第四步：執(zhí)行 AI 推理計(jì)算

第五步：對(duì)推理結(jié)果進(jìn)行后處理，并可視化處理結(jié)果。

整個(gè)代碼框架如下所示：

# Step1: Create OpenVINO Runtime Core
core = Core()
# Step2: Compile the Model, using dGPU A770m
net = core.compile_model("yolov5s-seg.xml", "GPU.1")
output0, output1 = net.outputs[0],net.outputs[1]
b,n,input_h,input_w = net.inputs[0].shape # Get the shape of input node
# Step3: Preprocessing for YOLOv5-Seg
# ...
# Step 4: Do the inference
outputs = net([blob])
pred, proto = outputs[output0], outputs[output1]
# Step 5 Postprocess and Visualize the result
# ...

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其中 YOLOv5-seg 的前處理跟 YOLOv5 一樣，范例代碼如下：

im, r, (dh, dw)= letterbox(frame, new_shape=(input_h,input_w)) # Resize to new shape by letterbox
im = im.transpose((2, 0, 1))[::-1] # HWC to CHW, BGR to RGB
im = np.ascontiguousarray(im) # contiguous
im = np.float32(im) / 255.0  # 0 - 255 to 0.0 - 1.0

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由于 YOLOv5 系列模型的輸入形狀是正方形，當(dāng)輸入圖片為長(zhǎng)方形時(shí)，直接調(diào)用 OpenCV 的 resize 函數(shù)放縮圖片會(huì)使圖片失真，所以 YOLOv5 使用letterbox 方式，將圖片以保持原始圖片長(zhǎng)寬比例的方式放縮，然后用灰色color=(114, 114, 114)填充邊界，如下圖所示。

Letterbox 放縮效果

https://github.com/ultralytics/yolov5/blob/master/utils/augmentations.py#L111

YOLOv5-seg 的后處理跟 YOLOv5 幾乎一樣，需要對(duì)推理結(jié)果先做非極大值抑制。本文直接使用了 YOLOv5 自帶的 non_max_suppression() 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)非極大值抑制，并拆解出檢測(cè)框(bboxes), 置信度(conf)，類別(class_ids)和掩膜(masks)。關(guān)鍵代碼如下：

from utils.general import non_max_suppression
pred = torch.tensor(pred)
pred = non_max_suppression(pred, nm=32)[0].numpy() #(n,38) tensor per image [xyxy, conf, cls, masks]
bboxes, confs, class_ids, masks= pred[:,:4], pred[:,4], pred[:,5], pred[:,6:]

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yolov5seg_ov2022_sync_dgpu.py 運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

源代碼鏈接：

https://gitee.com/ppov-nuc/yolov5_infer/blob/main/yolov5seg_ov2022_sync_dGPU.py

1.4結(jié)論

YOLOv5 的實(shí)時(shí)實(shí)例分割程序通過 OpenVINO 部署在英特爾獨(dú)立顯卡上，可以獲得高速度與高精度。讀者還可以將程序通過 OpenVINO異步 API 升級(jí)為異步推理程序或者用 OpenVINO C++ API 改寫推理程序，這樣可以獲得更高的 AI 推理計(jì)算性能。