第七届NVIDIA Sky Hackathon项目报告书

系列文章目录

1. 数据集收集和标注情况
   1.1ASR语音数据集收集和标注情况
   1.2CV图像数据集收集和标注情况
2. 进行模型的训练
   2.1进行ASR模型的训练
   2.2进行CV模型的训练
3. 在Jetson平台进行部署和推理
   3.1部署和推理ASR模型
   3.2部署和推理CV模型
4. 优化UI界面

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1. 数据集收集和标注情况

1.1ASR语音数据集收集和标注情况

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

首先收集语音数据集，包含以下语音：

请检测出果皮
请检测出瓶子
请检测出纸箱
请检测出纸箱和果皮
请检测出果皮和纸箱
请检测出纸箱果皮和瓶子
请检测出果皮纸箱和瓶子
请检测出果皮瓶子和纸箱
请检测出纸箱瓶子和果皮
请检测出瓶子果皮和纸箱
请检测出果皮和瓶子
请检测出瓶子纸箱和果皮
请检测出瓶子和果皮
请检测出纸箱和瓶子
请检测出瓶子和纸箱

数据集类型以及数量

数据集类型	语音数量
测试集	111条男声+75条女声
训练集	221条（男+女）

通过librosa计算语音时长

asr_result = quartznet.transcribe(paths2audio_files=["xxx"]) # 调用transcribe函数测试预训练模型识别效果  
print(asr_result)  

制作好训练集的json文件和测试集的json文件

1.2CV图像数据集收集和标注情况

收集箱子图片200+，瓶子图片100+，香蕉皮图片100+
比赛方提供了2636张图片的数据集，但是因为训练效果并不好，所以我们对数据集进行了清洗，并加入了我们自己的图片。
最后完整的数据集共2276张图片和标签。
我们使用labelimg进行图像标注，但是因为labelimg只能标注为Pascal VOC格式，所以我们需要将其手动转换为KITTI格式

# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
from os import listdir
from os.path import isfile, isdir, join, dirname, splitext, basename
import xml.etree.ElementTree as ET

path=""
class XMLReader:
    def __init__(self, path):
        file = open(path, 'r')

        self.path = path
        self.content = file.read()
        self.root = ET.fromstring(self.content)
        self.template = "{name} 0.00 0 0.0 {xmin}.00 {ymin}.00 {xmax}.00 {ymax}.00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0"

    def get_filename(self):
        return splitext(basename(self.path))[0]

    def get_dir(self):
        return dirname(self.path)

    def get_objects(self):
        objects = []

        for object in self.root.findall("object"):
            objects.append({
                "name" : object.find("name").text,
                "xmin" : object.find("bndbox").find("xmin").text,
                "ymin" : object.find("bndbox").find("ymin").text,
                "xmax" : object.find("bndbox").find("xmax").text,
                "ymax" : object.find("bndbox").find("ymax").text
            })

        return objects

    def fill_template(self, object):
        return self.template.format(**object)

    def export_kitti(self):
        objects = self.get_objects()

        #Skip empty
        if len(objects) == 0: return False

        file = open(join(self.get_dir(), self.get_filename()) + ".txt", 'w')

        for object in objects[:-1]:
            file.write(self.fill_template(object) + "\n")
        # Write last without '\n'
        file.write(self.fill_template(objects[-1]))

        file.close()

        return True


def process_file(path):
    xml_reader = XMLReader(path)

    return xml_reader.export_kitti()


def get_directory_xml_files(dir):
    return [join(dir, f) for f in listdir(dir) if isfile(join(dir, f)) and splitext(f)[1].lower() == ".xml"]


def check_argv(argv):
    return len(argv) > 1


def main():
    if not check_argv(sys.argv):
        print("Wrong arguments. You should specify xml files or directory with xml files")

    # remove script name
    args = sys.argv[1:]
    processed_file_count = 0

    for path in args:
        files = []

        if isfile(path):
            files.append(path)
        elif isdir(path):
            files += get_directory_xml_files(path)

        for file in files:
            if process_file(file): processed_file_count += 1

    print("Finished. {0} Files are processed".format(processed_file_count))

if __name__ == "__main__":
    main()

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2.进行模型的训练

2.1进行ASR模型的训练

导入相关包和yaml文件后进行训练，在yaml文件中修改batch_size和数据集路径等
训练150轮后查看训练结果，并保存nemo模型

2.2进行CV模型的训练

在CV模型的训练中，最主要的是完成数据集的加载以及模型训练时参数的设置

training_config {
  batch_size_per_gpu: 8
  num_epochs: 80
  enable_qat: false
  learning_rate {
  soft_start_annealing_schedule {
    min_learning_rate: 5e-5
    max_learning_rate: 2e-3
    soft_start: 0.15
    annealing: 0.8
    }
  }

我们修改了学习率为0.002，并且有80个epochs，最后将训练的模型进行剪枝
最后用tao converter转换为bin的形式

注意！！！
这里要在节点上转换，不能在本地转换

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3.在Jetson平台进行部署和推理

3.1部署和推理ASR模型

将本地保存好的nemo模型上传到节点
修改app.py的模型路径

nemo_asr.models.EncDecCTCModel.restore_from("/home/nvidia/7th_ASR/7th_asr_model_best.nemo") 

启动flask服务后进入前端的界面

点击加载模型

选择文件->上传语音

输入正确答案后识别

可以得到正确率和错字率

3.2部署和推理CV模型

需要在garbage_detection.py文件中修改自己模型的路径和名字
将训练好的模型通过flask部署到节点上，并且进行测试

上传图片并进行识别，可以得到识别结果

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4. 优化UI界面

这一部分来自于我们团队中设计前端的同学
Css样式设计流程：
第一步：去除浏览器默认边界和覆盖浏览器默认字体，设置box类型
第二步： 设计body样式为display:flex(弹性布局)，justify-conten:center(水平居中),align-items:center(垂直居中)
Background: #fff(背景为纯黑), min-height:100vh(元素会被撑开与屏幕高度一致)
第三步：设计比赛标题样式以及队名样式
第四步：设计div标签统一样式: 使用text-decoration:none(取消文本原样式)、position:relative(依据父级定位) 、padding:10px 8px(设计边界距离)、color : #21ebff(统一字体背景色)、font-size:20px(统一字体大小)、
第五步：给div设计边框，设计阴影效果，实现鼠标悬停触发特效。给button与input设计统一样式，微调位置，实现界面整洁和工整。
第六步：利用浏览器调试工具，进一步，美化界面，调试按钮、上传等功能

<html>
<meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8">

<head>
  <script src="https://unpkg.com/vue@3">script>
  <script src="https://unpkg.com/axios/dist/axios.min.js">script>
  <link rel="stylesheet" type="text/css" href="/style.css">
  <style>
  .image img{
    max-height: 600px;
  }

  * {
            margin: 0;
            padding: 0;
            font-family: '微软雅黑', sans-serif;
            box-sizing: border-box;
        }
 
        body {
            display: flex;
            justify-content: center;
            align-items: center;
            background: #000;
            min-height: 100vh;
        }
 
        div {
            position: relative;
            padding: 10px 30px;
            margin: 0 45px;
            color: #21ebff;
            text-decoration: none;
            font-size: 20px;
            /* text-transform: uppercase; */  
            transition: 0.5s;
            overflow: hidden;
            /* -webkit-box-reflect: below 1px linear-gradient(transparent, #0003); */
        }
 
        /* div:hover {
            box-shadow: 0 0 33px #21ebff;
                
        } */
        div:hover {
            /* background: #21ebff; */
            /* color: #0d7377; */
            color: #21ebff;
            /* box-shadow: 0 0 33px #21ebff; */
            box-shadow: 0 0 33px #0d7377;
                
        }
 
        
 
        div::before {
            top: 0;
            left: 0;
            width: 10px;
            height: 10px;
            border-top: 2px solid #21ebff;
            border-left: 2px solid #21ebff;
            transition: 0.5s;
            transition-delay: 0.5s;
        }
 
        div:hover::before {
            width: 100%;
            height: 100%;
            transition-delay: 0s;
        }
 
        div::after {
            right: 0;
            bottom: 0;
            width: 10px;
            height: 10px;
            border-bottom: 2px solid #21ebff;
            border-right: 2px solid #21ebff;
            transition: 0.5s;
            transition-delay: 0.5s;
        }
 
        div:hover::after {
            width: 100%;
            height: 100%;
            transition-delay: 0s;
        }

        button {
            color: black;
            font-family: '微软雅黑', sans-serif;
            font-size: 18px;
        }

        input {
            color: #0d7377;
            font-family: '微软雅黑', sans-serif;
            font-size: 16px;
        }
            
  style>
head>

<body id="app">

  <div class="loading" v-if="loading!=''">
    <div class="pad">%%loading%%div>
  div>

  <div class="content">
    <h2>7th Sky Hackathonh2>

    <div class="loaded">
      
      <fieldset class="asr">
        <legend>ASRlegend>
        <button @click="loadModel()" v-if="!modelLoaded" style="display:block;margin:0 auto">加载模型button>
        <div v-if="modelLoaded" class="modelLoaded">模型加载成功div>
        <div class="field file">
          <input type="file" name="file" ref="file" @change="handleFileUpload($event)" />
          <button @click="submitFile('asr')">上传语音button>
        div>
        <div class="note">仅支持 .wav 和单声道格式div>
        <div class="field">
          <label>请输入正确答案: label>
          <input type="text" name="defaultText" v-model="defaultText" />
        div>
        <div class="field" v-if="asrStatus=='uploaded' || asrStatus=='identified'">
          <div class="audio"><audio controls :src="audioOriginal">audio>div>
          <div class="action"><button @click="identifyAudio()">识别语音button>div>
        div>
        <div class="field result asr" v-if="asrStatus=='identified'">
          <ul>
            <li v-for="(value, key) in asrResult">%%key%%: %%value%%li>
          ul>
        div>
      fieldset>
      

      
      <fieldset class="cv">
        <legend>CVlegend>

        <div class="field">
          <div class="item action"><button @click="getFps()" class="inline">获取 FPSbutton>div>
          <div class="item result">FPS: %%cvFps%%div>
        div>

        <div class="field">
          <div class="item"><button @click="getMap()" class="inline">获取 mAPbutton>div>
          <div class="item result">mAP: %%cvMap%%div>
        div>

        <div class="field file">
          <input type="file" name="file" ref="file" @change="handleFileUpload($event)" />
          <button @click="submitFile('cv')">上传图片button>
        div>



        <div class="field">
          <div class="image original" v-if="imageOriginal!=''">
            <div class="label">原图div>
            <image :src="imageOriginal" />
          div>
          <div class="image result cv" v-if="imageResult!=''">
            <div class="label">结果图div>
            <image :src="imageResult" />
          div>
        div>
        <div class="action" v-if="imageOriginal!=''">
          <button @click="identifyImage()">识别图片button><br>
        div>

      fieldset>
      
    div>
  div>
body>
<script>
  const {
    createApp
  } = Vue
  createApp({
    data() {
      return {
        file: '',
        defaultText: '请检测瓶子',
        modelLoaded: false,
        imageOriginal: '',
        imageResult: '',
        audioOriginal: '',
        error: '',
        asrResult: {},
        cvMap: '',
        cvFps: '',
        loading: '',
        asrStatus: 'pending',
        cvStatus: 'pending'
      }
    },
    // Avoid conflict with Flask delimiters
    compilerOptions: {
      delimiters: ["%%", "%%"]
    },
    methods: {
      async loadModel() {
        if (this.loading != '') return showError('在运行中，无法执行')
        this.loading = '加载模型中，请耐心等待...'
        this.modelLoaded = false
        try {
          var {
            data,
            status
          } = await axios.get('/asr/load')
          if (status == 200) {
            this.modelLoaded = true
          }
        } catch (err) {
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      },
      async submitFile(fileType) {
        let formData = new FormData()
        formData.append('file', this.file)
        statusType = fileType + 'Status'
        this.loading = '上传中...'
        try {
          var {
            data,
            status
          } = await axios.post('/' + fileType + '/upload', formData, {
            headers: {
              'Content-Type': 'multipart/form-data'
            }
          })
          if (status == 200) {
            this[statusType] = 'uploaded'
            if (fileType == 'cv') {
              this.imageOriginal = data
            } else {
              this.audioOriginal = data
            }
          }
        } catch (err) {
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      },
      handleFileUpload(event) {
        this.file = event.target.files[0];
      },
      async identifyAudio(event) {
        // if (this.loading != '') return showError('在运行中，无法执行')
        this.loading = '识别中...'
        try {
          let formData = new FormData()
          formData.append('defaultText', this.defaultText)
          console.log('t', this.defaultText)
          var result = await axios.post('/asr/identify', formData)
          this['asrStatus'] = 'identified'
          this.asrResult = result.data
        } catch (err) {
          if (err.response.status == 500) this.modelLoaded = false
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      },
      async identifyImage(event) {
        if (this.loading != '') return showError('在运行中，无法执行')
        this.loading = '识别中...'
        this.cvStatus = 'pending'
        try {
          var {
            data
          } = await axios.get('/api/detect/image')
          this.imageResult = data['detection_result_image_path']
        } catch (err) {
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      },
      async getFps(event) {
        if (this.loading != '') return showError('在运行中，无法执行')
        this.loading = '获取 FPS...'
        try {
          var {
            data
          } = await axios.get('/api/detect/fps')
          this.cvFps = data['detection_FPS']
        } catch (err) {
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      },
      async getMap(event) {
        // 接口路径: /api/detect/map
        // 方式: GET
        if (this.loading != '') return showError('在运行中，无法执行')
        this.loading = '获取 mAP...'
        try {
          var {
            data
          } = await axios.get('/api/detect/map')
          this.cvMap = data['detection_mAP']
        } catch (err) {
          showError(err.response.data)
        }
        this.loading = ''
      }
    }
  }).mount('#app')

  function showError(msg) {
    alert(msg || '错误')
  }
script>

html>

---

总结

在这次比赛中，我们完整的做了一个深度学习的项目，从制作数据集开始，到训练神经网络，到最后部署到用户端，完整的实现了从0到1的过程。感觉这次比赛考察的能力非常多，从最开始的配置环境开始，就给我们出了一道难题，要从最基础的Linux操作学起，安装好双系统，再去配置环境，再去运行程序，从程序中的一条条error，去搜索，搜不到就去问，解决问题才有意义，从debug中一点一点前进，才能进步。
感觉最大的遗憾就是没有更彻底的自动化整个流程，因为没有接触过python，所以在制作语音数据集的时候，都是让队员复制过去的，没想到去写一个json，在制作cv数据集时也没想到用爬虫去找数据。