【玩转华为云】手把手教你用Modelarts基于YOLO V3算法实现物体检测

本篇推文共计2000个字，阅读时间约3分钟。

华为云—华为公司倾力打造的云战略品牌，2011年成立，致力于为全球客户提供领先的公有云服务，包含弹性云服务器、云数据库、云安全等云计算服务，软件开发服务，面向企业的大数据和人工智能服务，以及场景化的解决方案。

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基于YOLO V3算法实现物体检测

本实验将我们将聚焦于用YOLO V3算法实现物体检测，在ModelArts的Notebook开发环境中实现用YOLO V3算法构建一个物体检测的神经网络模型，并在该环境中实现对物体检测神经网络模型的训练与测试，最终达到实现物体检测的实验目的。

基于YOLO V3算法实现物体检测

实验流程

1.准备实验环境与创建开发环境

2.下载数据与训练代码

3.准备数据

4.Yolo_v3模型训练

5.Yolo_v3模型测试

1

1.1进入ModelArts

首先需要进入华为云Modelarts主页，输入自己的账号密码：

https://www.huaweicloud.com/product/modelarts.html 

点击进入“进入控制台”

在左侧开发环境处，点击Notebook:

点击“创建”，填写配置信息：

名称：自定义（此处我设置的是notebook-yolov3）

工作环境：Python3

资源池：公共资源池

类型：GPU                         

规格：体验规格GPU（这样就不要花费）

存储配置：云硬盘

这里我说说我对云硬盘与对象存储服务的理解：

云硬盘对应的是云服务器，就如同电脑的自带硬盘，存储在云硬盘的数据可以随时的在云端查看。 

对象存储服务就如同移动硬盘，可以随时做资料备份。 

按“下一步”确认信息无误，点击“提交”即可：

即可完成创建：

点击“返回Notebook列表”，即看到正在运行的Notebook环境：

点击进入创建的notebook-yolov3中：

点击选择右侧的“New”

点击选择TensorFlow 1.13.1开发环境后，进入下面的页面：

输入下面代码后，点击“Run”进行测试：

print("Hello world!")

成功输出“Hello world!”，说明环境配置正确

2

2.数据和代码下载

点击“Run”运行下面代码，进行实验代码和实验数据的下载和解压：

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")

sess.download_data(bucket_path=bucket_path, path="./yolov3.tar.gz")

# 解压文件
!tar -xf ./yolov3.tar.gz

# 清理压缩包
!rm -r ./yolov3.tar.gz

本实验案例使用coco数据集，共80个类别：

下载后的代码和数据保存在了之前设置的云硬盘（EVS）中

这里是已经下载好的文件目录：

3

3.准备数据

运行以下代码，进行文件路径定义：

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)

运行代码后的输出结果：

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

运行界面：

以下代码是数据读取函数，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)

运行界面：

4

4.Yolov3模型训练

本实验使用的是Keras深度学习框架搭建YOLOv3神经网络模型。

在实验中可以进入Notebook的管理控制台查看相应的源码实现。

构建神经网络：

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)

点击“Run”,运行界面如下：

可通过如下代码，打印模型各层结构，带您了解模型细节：

# 打印模型各层结构
model.summary()

运行代码如下：

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

运行代码后如下：

运行如下代码，点击“Run”,即可开始训练：

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])

本次实验设置的batch_size = 16，max_epochs = 2

如何特殊需求的用户，可以在此基础上进行修改：

训练好了后结果如下：

5

5.Yolov3模型测试

运行以下代码，点击“Run”,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

运行界面如下：

继续输入“image”可看到打开的是哪张图片：

进行图片预处理操作：

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

运行结果如下所示：

继续输入代码：

import keras.backend as K
sess = K.get_session()

运行结果如下；

运行以下代码，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)

运行界面如下：

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)

运行界面如下：

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

运行界面如下：

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)

运行界面如下：

依次输入下面的代码段，进行预测：

代码1：

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
    })

代码2：

class_coco = get_classes(classes_path)
out_coco = []
for i in out_classes:
    out_coco.append(class_coco[i])

代码3：

print(out_boxes)
print(out_scores)
print(out_coco)

运行结果如下：

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

运行代码后页面如下：

输入“image”可以看到标注好的图片：

测试1

利用步骤5进行其它图片测试：

测试2

测试3

测试4

测试5

至此实验全部完成。

大家使用的云端资源记得全部删除如ModelArts创建的Notebook开发环境需要删除，并停用访问密钥，以免造成不必要的花费。

通过对实验结果的比对，可以看出利用

[华为云ModelArts]训练出来的物体检测模型是很棒的，六个字总结就是-高效，快捷，省心。

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【Python3+OpenCV】实现图像处理—灰度变换篇

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