目标检测实战：PP-YOLOv2训练自己的数据集

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前言

记录使用PP-YOLOv2训练自己的数据集的过程。详细安装文档可参考官方文档。官方文档写的十分详细，包括数据准备、环境搭建、训练过程等，这里笔者根据个人操作进行总结。

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一、环境搭建

搭建PP-YOLOv2的环境，需要部署代码PaddleDetection，PaddleDetection为基于飞桨PaddlePaddle的端到端目标检测套件，内置30+模型算法及300+预训练模型，覆盖目标检测、实例分割、跟踪、关键点检测等方向。所以首先搭建PaddlePaddle深度学习框架。

1. Requirements

Python ≥ 3.7（本实验在Ubuntu16.04下进行，使用Python3.7）
PaddlePaddle ≥ 2.2 （本实验安装PaddlePaddle 2.3）
cuda ≥ 10.1（本实验安装10.1）
cudnn ≥ 7.6（本实验安装7.6.5）
PaddleDetection2.5

2. anaconda创建环境

首先创建python3.7的python环境。

conda create -n paddle2 python=3.7
source activate paddle2

安装PaddlePaddle

最新版本的PaddleDetection2.5要求PaddlePaddle>=2.2，根据PaddlePaddle快速安装文档进行安装PaddlePaddle。

验证PaddlePaddle

安装完成后在终端输入 python 进入python解释器，输入import paddle ，再输入 paddle.utils.run_check()

>>> import paddle
>>> paddle.utils.run_check()

如果出现PaddlePaddle is installed successfully!，说明已成功安装。

安装PaddleDetection

PaddleDetection官方项目链接：
https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection

# 克隆PaddleDetection仓库
git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection.git
# 编译安装paddledet
cd PaddleDetection
python setup.py install
# 安装其他依赖
pip install -r requirements.txt

上面的安装方法是官方项目里给出的，笔者在下载项目之后，没有安装paddledet，直接安装了requirements.txt中的其他依赖项，运行程序时会报警告，但是不影响使用。如果为了严谨，最好按照官方安装方法。

二、训练过程

1.数据集准备

官方数据准备文档：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/blob/release/2.5/docs/tutorials/data/PrepareDetDataSet.md

笔者将自己的数据集转成coco数据格式，labelImg制作的数据集包含JPEGImage图片目录和Annotationxml目录。
用脚本split_dataset.py用于划分训练集、测试集、验证集。

# -*- coding: UTF-8 -*-
import os
import random

base_dir = '/dataset/mydata/'


def split_dataset():
    xmlfilepath = os.path.join(base_dir, 'annotations')
    saveBasePath = os.path.join(base_dir, 'ImageSets')
    if not os.path.exists(saveBasePath):
        os.makedirs(saveBasePath)


    test_val_percent = 0.2
    train_percent = 0.8
    val_percent = 0.8


    temp_xml = os.listdir(xmlfilepath)
    total_xml = []
    for xml in temp_xml:
        if xml.endswith(".xml"):
            total_xml.append(xml)

    num = len(total_xml)
    list = range(num)
    tv = int(num * test_val_percent)
    tr = int(num * train_percent)
    tval = int(tv * val_percent)

    testval = random.sample(list, tv)
    train = random.sample(list, tr)
    val = random.sample(testval, tval)

    print("train and val size", tv)
    print("traub suze", tr)
    ftrainval = open(os.path.join(saveBasePath, 'testval.txt'), 'w')
    ftest = open(os.path.join(saveBasePath, 'test.txt'), 'w')
    ftrain = open(os.path.join(saveBasePath, 'train.txt'), 'w')
    fval = open(os.path.join(saveBasePath, 'val.txt'), 'w')

    for i in list:
        name = total_xml[i][:-4] + '\n'
        if i in testval:
            ftrainval.write(name)
            if i in val:
                fval.write(name)
            else:
                ftest.write(name)
        else:
            ftrain.write(name)

    ftrainval.close()
    ftrain.close()
    fval.close()
    ftest.close()


if __name__ == '__main__':
    split_dataset()

用PaddleDetection项目自带的tools/x2coco.py脚本生成coco格式的数据集，生成相对应的json文件。新建label_list.txt文件，写入类别的标签。
下面的例子是生成train.json的脚本例子。

python tools/x2coco.py \
        --dataset_type voc \
        --voc_anno_dir dataset/mydata/annotations/ \
        --voc_anno_list dataset/mydata/ImageSets/train.txt \
        --voc_label_list dataset/mydata/label_list.txt \
        --voc_out_name dataset/mydata/Annotation/voc_train.json

voc_anno_dir ：数据集注释文件的路径。
voc_anno_list：数据集中注释文件的name列表。
voc_label_list : 标签列表的路径。 每一行的内容都是一个类别。
voc_out_name : 输出json文件的路径。

用户数据集转成COCO数据后目录结构如下（注意数据集中路径名、文件名尽量不要使用中文，避免中文编码问题导致出错）：

dataset/xxx/
├── annotations
│   ├── train.json  # coco数据的标注文件
│   ├── val.json  # coco数据的标注文件
│   ├── test.json  # coco数据的标注文件
├── images
│   ├── xxx1.jpg
│   ├── xxx2.jpg
│   ├── xxx3.jpg
│   |   ...
...

2.修改配置文件

模型参数配置教程参考官方文档：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/blob/release/2.5/docs/tutorials/config_annotation/ppyolo_r50vd_dcn_1x_coco_annotation.md

进入PaddleDetection文件夹，打开'/configs/ppyolo/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco.yml'，可以看到需要修改的配置文件有5个：根据地址逐一修改配置文件。

_BASE_: [
  '../datasets/coco_detection.yml',
  '../runtime.yml',
  './_base_/ppyolov2_r50vd_dcn.yml',
  './_base_/optimizer_365e.yml',
  './_base_/ppyolov2_reader.yml',
]

snapshot_epoch: 4　　
weights: output/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco/model_final

_BASE_ : 训练需要修改的配置文件。
snapshot_epoch ：训练的batch_size，根据实际情况修改。
weights：模型保存地址。

文件1：数据配置文件../datasets/coco_detection.yml，主要说明了训练数据和验证数据的路径。

metric: COCO
num_classes: 1　# 数据集的类别数,# 不包含背景类


TrainDataset:
  !COCODataSet
 　 # 图像数据路径，相对 dataset_dir 路径，os.path.join(dataset_dir, image_dir)
    image_dir: JPEGImages
    anno_path: Annotation/voc_train.json
    dataset_dir: dataset/mydata
    data_fields: ['image', 'gt_bbox', 'gt_class', 'is_crowd']

EvalDataset:
  !COCODataSet
    image_dir: JPEGImages
    anno_path: Annotation/voc_val.json
    dataset_dir: dataset/mydata

TestDataset:
  !ImageFolder
    anno_path: Annotation/voc_test.json # also support txt (like VOC's label_list.txt)
    dataset_dir: dataset/mydata # if set, anno_path will be 'dataset_dir/anno_path'

num_classes : 数据集的类别数。
image_dir ：图像数据路径，相对 dataset_dir 路径，os.path.join(dataset_dir, image_dir)。
anno_path： 标注文件路径，相对 dataset_dir 路径，os.path.join(dataset_dir, anno_path)。
dataset_dir：数据文件夹

文件2：优化器配置文件./_base_/optimizer_365e.yml，主要说明了学习率和优化器的配置。

epoch: 300

LearningRate:
  base_lr: 0.0001
  schedulers:
  - !PiecewiseDecay
    gamma: 0.1
    milestones:
    - 127

  - !LinearWarmup
    start_factor: 0.
    steps: 1000

OptimizerBuilder:
  clip_grad_by_norm: 35.
  optimizer:
    momentum: 0.9
    type: Momentum
  regularizer:
    factor: 0.0005
    type: L2

epoch : 总训练轮数，根据自己需要修改。
base_lr ：学习率，默认为８卡学习率，根据自己GPU数量修改，本次实验设置为0.0001。
其他设置项可以参考官方文档根据需要自定义优化器策略。

文件3：数据读取配置文件./_base_/ppyolov2_reader.yml，主要说明数据读取器配置，如batch size，并发加载子进程数等，同时包含读取后预处理操作，如resize、数据增强等等。

worker_num: 2  # 每张GPU reader进程个数
TrainReader:
  inputs_def:
    num_max_boxes: 100
  sample_transforms:
    - Decode: {}
    - Mixup: {alpha: 1.5, beta: 1.5}
    - RandomDistort: {}
    - RandomExpand: {fill_value: [123.675, 116.28, 103.53]}
    - RandomCrop: {}
    - RandomFlip: {}
  batch_transforms:
    - BatchRandomResize: {target_size: [320, 352, 384, 416, 448, 480, 512, 544, 576, 608, 640, 672, 704, 736, 768], random_size: True, random_interp: True, keep_ratio: False}
    - NormalizeBox: {}
    - PadBox: {num_max_boxes: 100}
    - BboxXYXY2XYWH: {}
    - NormalizeImage: {mean: [0.485, 0.456, 0.406], std: [0.229, 0.224, 0.225], is_scale: True}
    - Permute: {}
    - Gt2YoloTarget: {anchor_masks: [[6, 7, 8], [3, 4, 5], [0, 1, 2]], anchors:[[10, 13], [16, 30], [33, 23], [30, 61], [62, 45], [59, 119], [116, 90], [156, 198], [373, 326]], downsample_ratios: [32, 16, 8]}
# anchors:[[10, 13], [16, 30], [33, 23], [30, 61], [62, 45], [59, 119], [116, 90], [156, 198], [373, 326]]
# anchors: [[7, 8], [9, 11], [10, 14],[12, 12], [9, 16], [12, 17],[14, 15], [18, 15], [17, 21]]
  batch_size: 4  # 训练时batch_size
  shuffle: true  # 读取数据是否乱序
  drop_last: true  # 是否丢弃最后不能完整组成batch的数据
  mixup_epoch: 25000  # mixup_epoch，大于最大epoch，表示训练过程一直使用mixup数据增广
  use_shared_memory: true  # 是否通过共享内存进行数据读取加速，需要保证共享内存大小(如/dev/shm)满足大于1G

EvalReader:
  sample_transforms:
    - Decode: {}
    - Resize: {target_size: [640, 640], keep_ratio: False, interp: 2}
    - NormalizeImage: {mean: [0.485, 0.456, 0.406], std: [0.229, 0.224, 0.225], is_scale: True}
    - Permute: {}
  batch_size: 4  # 评估时batch_size

TestReader:
  inputs_def:
    image_shape: [3, 640, 640]
  sample_transforms:
    - Decode: {}
    - Resize: {target_size: [640, 640], keep_ratio: False, interp: 2}
    - NormalizeImage: {mean: [0.485, 0.456, 0.406], std: [0.229, 0.224, 0.225], is_scale: True}
    - Permute: {}
  batch_size: 1  # 测试时batch_size

这个配置文件没有太多的修改，根据实际修改batch_size。

文件4：模型配置文件./_base_/ppyolov2_r50vd_dcn.yml，主要说明模型、和主干网络的情况。

architecture: YOLOv3
pretrain_weights: ./weight/model_final.pdparams 
# pretrain_weights: https://paddledet.bj.bcebos.com/models/pretrained/ResNet50_vd_ssld_pretrained.pdparams
norm_type: sync_bn
use_ema: true
ema_decay: 0.9998

YOLOv3:
  backbone: ResNet
  neck: PPYOLOPAN
  yolo_head: YOLOv3Head
  post_process: BBoxPostProcess

ResNet:
  depth: 50
  variant: d
  return_idx: [1, 2, 3]
  dcn_v2_stages: [3]
  freeze_at: -1
  freeze_norm: false
  norm_decay: 0.

PPYOLOPAN:
  drop_block: true
  block_size: 3
  keep_prob: 0.9
  spp: true

YOLOv3Head:
  anchors: [[10, 13], [16, 30], [33, 23],
            [30, 61], [62, 45], [59, 119],
            [116, 90], [156, 198], [373, 326]]
 # anchors: [[7, 8], [9, 11], [10, 14],
 #           [12, 12], [9, 16], [12, 17],
 #           [14, 15], [18, 15], [17, 21]]

  anchor_masks: [[6, 7, 8], [3, 4, 5], [0, 1, 2]]
  loss: YOLOv3Loss
  iou_aware: true
  iou_aware_factor: 0.5

YOLOv3Loss:
  ignore_thresh: 0.7
  downsample: [32, 16, 8]
  label_smooth: false
  scale_x_y: 1.05
  iou_loss: IouLoss
  iou_aware_loss: IouAwareLoss

IouLoss:
  loss_weight: 2.5
  loss_square: true

IouAwareLoss:
  loss_weight: 1.0

BBoxPostProcess:
  decode:
    name: YOLOBox
    conf_thresh: 0.01
    downsample_ratio: 32
    clip_bbox: true
    scale_x_y: 1.05
  nms:
    name: MatrixNMS
    keep_top_k: 100
    score_threshold: 0.01
    post_threshold: 0.01
    nms_top_k: -1
    background_label: -1

pretrain_weights ：预训练模型地址，可以使用默认的预训练模型，训练时会自动下载。
上述配置文件的预训练模型地址，不是源码中的默认地址，而是运行下面代码获得，在源码路径下新建代码文件changeppyolov2.py，内容如下：

import numpy as np
import pickle
num_class = 8  # 类别数
with open('ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco.pdparams','rb') as f:  # 预训练模型
    obj = f.read()
weights = pickle.loads(obj, encoding = 'latin1')

weights['yolo_head.yolo_output.0.weight'] = np.zeros([num_class*3+18,1024,1,1],dtype = 'float32')
weights['yolo_head.yolo_output.0.bias'] = np.zeros([num_class*3+18],dtype = 'float32')
weights['yolo_head.yolo_output.1.weight'] = np.zeros([num_class*3+18,512,1,1],dtype = 'float32')
weights['yolo_head.yolo_output.1.bias'] = np.zeros([num_class*3+18],dtype = 'float32')
weights['yolo_head.yolo_output.2.weight'] = np.zeros([num_class*3+18,256,1,1],dtype = 'float32')
weights['yolo_head.yolo_output.2.bias'] = np.zeros([num_class*3+18],dtype = 'float32')

f = open('model_final.pdparams','wb')
pickle.dump(weights,f)
f.close()

运行上述代码则在相同路径下得到model_final.pdparams，并将其路径填入上述的配置文件。

两种预训练模型笔者都使用过，最后的结果相差不是很大，有时间的同学可以都试试，哪个效果好留哪个。

文件5：../runtime.yml 主要说明了公共的运行参数，比如说是否使用GPU、每多少个epoch存储checkpoint等。

# 是否使用gpu
use_gpu: true
# 日志打印间隔
log_iter: 20
# save_dir
save_dir: output
# 模型保存间隔时间
snapshot_epoch: 10

3.生成自适应的anchor（可选）

python tools/anchor_cluster.py -c configs/ppyolo/ppyolov2_r50vd_dcn_voc.yml -n 9 -s 640 -m v2 -i 1000

在训练之前使用tools/anchor_cluster.py得到适用于你的数据集的anchor，修改config\ppyolo\_base_\ppyolov2_r50vd_dcn.yml和configs\ppyolo\_base_\ppyolov2_reader.yml中anchor设置。

笔者在实验时有试过使用自适应的anchor，但是效果没有使用默认设置好，也可能是我的数据集不适用这个配置。有需要的同学可以修改anchor训练看看效果。

4.训练

由于笔者是单卡，所以使用单卡训练的执行指令，如果需要多卡训练，可以参考官方文档多卡的执行命令。

export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
python tools/train.py  -c configs/ppyolo/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco.yml --use_vdl=true \
--vdl_log_dir=vdl_dir/scalar \
--eval

--use_vdl：是否将数据记录到VisualDL。
--eval：如需要边训练边评估，添加--eval。
最后在output/ppyolov2_r50vd_dcn_voc路径下生成模型，包括best_model和model_final。

5.评估

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/eval.py -c configs/ppyolo/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco.yml \
-o weights=output/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco/best_model.pdparams \
--output_eval=val \
--classwise 

6.推理

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/infer.py -c configs/ppyolo/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco.yml \
-o weights=output/ppyolov2_r50vd_dcn_365e_coco/best_model.pdparams \
--draw_threshold=0.25 --infer_dir=test --output_dir=output/results/ \
--save_results=Ture

-c： 参数表示指定使用的配置文件。
-o： 设置配置文件里的参数内容，设置参数weights 模型位置。
--infer_img： 参数指定预测图像路径。
--infer_dir： 参数指定预测图像文件夹路径。
--output_dir： 预测结束后会在指定文件夹中生成一张画有预测结果的同名图像，如不指定，默认为output。
--draw_threshold： 可视化分数阈值，设置为0.25。

7.日志

# 输入visualDL --logdir 日志文件路径 --port 指定端口号 --host 指定IP地址（可选）
visualDL --logdir vdl_dir/scalar --port 8080 --host 127.0.0.10

总结

以上就是笔者要讲的内容，本文介绍了如何部署PaddleDetection，使用PPYOLOV2训练自己的数据集。PaddleDetection包含了不止一种目标检测的算法，里面也包括ppyoloe等其他yolo系列，训练配置、流程相差不大。

本文参考了CSDN博主「摇曳的树」的原创文章：https://blog.csdn.net/qq_44703886/article/details/118667944
本文参考了CSDN博主「GeekPlusA」的原创文章：https://blog.csdn.net/qq122716072/article/details/127731864