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基于YOLOv3-tiny的车辆检测模型使用指南

5星 · 超过95%的资源 | 下载需积分: 43 | 31.38MB | 更新于2024-10-12 | 19 浏览量 | 7 下载量 举报 收藏
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这些文件是实现基于OpenCV的YOLO(You Only Look Once)目标检测算法中的一个轻量级版本——YOLOv3-tiny的核心组件。YOLOv3-tiny是一个专为实时光频检测场景优化的深度学习模型,它能够在保证一定检测精度的同时,提供较高的处理速度。" 知识点详细说明: 1. YOLO算法与YOLOv3-tiny版本: YOLO是一种流行的实时对象检测系统,由Joseph Redmon等人提出。它将对象检测任务视为一个回归问题,直接从图像像素到类别概率和边界框坐标的单一神经网络。YOLOv3-tiny是YOLOv3算法的一个简化版本,由于减少了层数和神经元的数量,它拥有更快的处理速度和更小的模型大小,非常适合在资源受限的设备上运行,如嵌入式系统或移动设备。 2. yolov3-tiny.weights: yolov3-tiny.weights文件是训练好的模型权重文件,包含了经过大量图像数据训练后得到的模型参数。在进行目标检测时,这个权重文件决定了模型能够识别哪些物体以及检测的准确性。 3. yolov3-tiny.cfg: yolov3-tiny.cfg文件是YOLOv3-tiny模型的配置文件,它详细描述了模型的网络结构,包括层的数量、类型以及参数等信息。配置文件是模型运行时不可或缺的部分,因为它告诉程序如何组织层、如何连接各层之间的数据流,以及每层具体的功能是什么。 4. obj.names: obj.names文件包含了模型需要检测的所有对象的类别名称列表。这个文件通常按照类别索引与类别名称对应的方式存储,索引从0开始,每个类别的名称单独占据一行。在进行目标检测时,程序会根据这个列表识别和标记出图像中的具体物体。 5. OpenCV与计算机视觉: OpenCV(Open Source Computer Vision Library)是一个开源的计算机视觉和机器学习软件库。它提供了许多常用的操作图像和视频的函数库,适用于图像处理、模式识别、特征提取等多个领域。YOLOv3-tiny和OpenCV的结合,使得开发者能够在熟悉OpenCV API的基础上,快速实现复杂的目标检测功能。 6. 人工智能与深度学习: 人工智能(AI)是计算机科学的一个分支,它试图理解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。深度学习是人工智能领域的一种重要技术,它通过构建多层神经网络来模拟人脑分析和学习数据的机制。YOLOv3-tiny模型的实现就是基于深度学习技术。 7. Python编程语言: Python是一种广泛使用的高级编程语言,由于其简洁易读的语法和强大的库支持,成为了人工智能和机器学习领域特别受欢迎的编程语言。利用Python,开发者可以轻松地调用OpenCV库,实现图像处理和目标检测的相关功能。 8. 模型部署和应用: yolov3-tiny模型由于其轻量级特性,常被部署在需要实时处理图像的场合,比如自动驾驶汽车中的车辆检测、监控摄像头中的行人和车辆跟踪、以及移动应用中的图像识别等功能。它的部署可以利用各种硬件平台,包括GPU、FPGA、甚至是树莓派这样的单板计算机。 综上所述,yolov3-tiny车辆检测模型的三个核心文件共同构建了一个高效的实时目标检测系统,适用于计算机视觉和人工智能领域中各种需要快速响应的应用场景。通过深入理解这些文件的功能和作用,可以更好地利用它们来开发和部署实际的应用程序。

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请给出具体且详细的步骤,以下是我的代码:# train.py (完整最终版 - 完全切换到在线数据增强) import os import torch import logging import json import copy # --- Detectron2 Imports --- import detectron2.utils.comm as comm from detectron2 import model_zoo from detectron2.engine import DefaultTrainer, default_argument_parser, default_setup, launch from detectron2.config import get_cfg from detectron2.data import MetadataCatalog, DatasetCatalog, build_detection_train_loader from detectron2.data.datasets import register_coco_instances from detectron2.evaluation import COCOEvaluator from detectron2.projects import point_rend # --- [新增] 导入数据增强和工具模块 --- from detectron2.data import detection_utils as utils import detectron2.data.transforms as T # --- 用于格式化输出的辅助函数 (无变化) --- def print_section_header(title): """打印分节标题""" print("\n" + "="*10 + f" {title} " + "="*10) def print_script_header(title): """打印脚本顶部标题""" print("="*50) print(f"{title:^50}") print("="*50 + "\n") def print_script_footer(title): """打印脚本底部脚注""" print("\n" + "="*50) print(f"{title:^50}") print("="*50) # --- [新增] 自定义数据加载器 (在线数据增强核心) --- def custom_mapper(dataset_dict): """ 自定义数据加载和增强函数 (Mapper)。 在每次读取图像时,实时、随机地应用一系列数据增强,以提高模型的鲁棒性。 """ # 必须深拷贝,否则会修改原始的全局数据集字典 dataset_dict = copy.deepcopy(dataset_dict) # 1. 从文件读取原始图像 image = utils.read_image(dataset_dict["file_name"], format="BGR") # 2. 定义一系列强大的在线数据增强操作 # 这些操作会以随机参数实时应用到每张图像上 augs = T.AugmentationList([ # --- 颜色和光照增强 (模拟不同天气和光照条件) --- T.RandomBrightness(0.8, 1.2), T.RandomContrast(0.8, 1.2), T.RandomSaturation(0.8, 1.2), # --- 几何变换 --- T.RandomFlip(prob=0.5, horizontal=True, vertical=False), # 水平翻转 # --- 模拟图像质量下降和干扰 --- # 随机应用高斯模糊 (模拟失焦或运动模糊) T.RandomApply(T.GaussianBlur(sigma=(0.2, 1.5)), prob=0.4), # 随机应用随机擦除 (模拟部分遮挡) T.RandomApply(T.RandomErasing(scale=(0.02, 0.1), ratio=(0.3, 3.3)), prob=0.5), # --- 尺度变换 (多尺度训练) --- T.ResizeShortestEdge( short_edge_length=cfg.INPUT.MIN_SIZE_TRAIN, # 从配置中获取尺度范围 max_size=cfg.INPUT.MAX_SIZE_TRAIN, sample_style=cfg.INPUT.MIN_SIZE_TRAIN_SAMPLING # 'choice' 或 'range' ) ]) # 3. 应用增强 aug_input = T.AugInput(image) transforms = augs(aug_input) image_transformed = aug_input.image # 4. 转换图像格式以适应模型输入 dataset_dict["image"] = torch.as_tensor(image_transformed.transpose(2, 0, 1).astype("float32")) # 5. 对标注 (边界框、掩码) 应用相同的几何变换 annos = [ utils.transform_instance_annotations(obj, transforms, image_transformed.shape[:2]) for obj in dataset_dict.pop("annotations") if obj.get("iscrowd", 0) == 0 ] instances = utils.annotations_to_instances(annos, image_transformed.shape[:2], mask_format="bitmask") # 6. 过滤掉增强后可能变为空的实例 dataset_dict["instances"] = utils.filter_empty_instances(instances) return dataset_dict # --- 1. 数据集注册 (无变化) --- def setup_datasets(dataset_root="dataset"): # ... (这部分代码与你之前提供的版本完全相同,此处省略) ... """ 注册所有数据集,并返回训练集的类别名称列表。 """ print_section_header("数据集注册与类别名称提取") class_names = None if not os.path.isdir(dataset_root): print(f"[错误] 基础数据集目录 '{dataset_root}' 未找到。无法继续进行数据集注册。") return None for subset in ["train", "valid", "test"]: print(f"[信息] 尝试注册数据集: 'cable_{subset}'") json_file = os.path.join(dataset_root, subset, "_annotations.coco.json") image_root = os.path.join(dataset_root, subset) if not os.path.exists(json_file): print(f"[警告] 未找到 'cable_{subset}' 的标注文件: {json_file},跳过注册。") if subset == "train": print("[错误] 训练集标注文件缺失,无法提取类别名称。") return None continue if not os.path.isdir(image_root): print(f"[警告] 未找到 'cable_{subset}' 的图像目录: {image_root},跳过注册。") continue try: register_coco_instances( name=f"cable_{subset}", metadata={}, json_file=json_file, image_root=image_root ) print(f"[成功] 已注册 'cable_{subset}'") except Exception as e: print(f"[错误] 注册 'cable_{subset}' 失败: {e}") if subset == "train": return None continue print("[信息] 尝试从 'cable_train' 提取类别名称...") train_json_path = os.path.join(dataset_root, "train", "_annotations.coco.json") if not os.path.exists(train_json_path): print(f"[错误] 训练集标注文件 '{train_json_path}' 未找到。") return None try: with open(train_json_path, 'r', encoding='utf-8') as f: coco_json_data = json.load(f) if 'categories' in coco_json_data and coco_json_data['categories']: class_names = [cat['name'] for cat in coco_json_data['categories']] MetadataCatalog.get("cable_train").thing_classes = class_names # 手动为 valid 和 test 也设置元数据,确保评估时一致 if "cable_valid" in DatasetCatalog.list(): MetadataCatalog.get("cable_valid").thing_classes = class_names if "cable_test" in DatasetCatalog.list(): MetadataCatalog.get("cable_test").thing_classes = class_names print(f"[成功] 直接从JSON提取的类别名称: {class_names}") else: print("[错误] 训练JSON中未找到或为空的 'categories' 字段。") return None except Exception as e: print(f"[错误] 类别名称提取过程中发生错误: {e}") return None if class_names: print(f"[信息] 最终派生的类别名称: {class_names}。类别数量: {len(class_names)}") return class_names # --- 2. 自定义评估器Trainer (核心修改) --- class CocoTrainer(DefaultTrainer): @classmethod def build_evaluator(cls, cfg, dataset_name, output_folder=None): if output_folder is None: output_folder = os.path.join(cfg.OUTPUT_DIR, "inference") print(f"[信息] 为数据集 '{dataset_name}' 构建 COCOEvaluator, 输出到 '{output_folder}'") return COCOEvaluator(dataset_name, cfg, True, output_folder) @classmethod def build_train_loader(cls, cfg): """ [核心修改] 重写此方法以使用我们自定义的 `custom_mapper`。 这样,训练数据加载器就会在运行时进行在线数据增强。 """ print("[信息] 使用自定义的 `custom_mapper` 进行在线数据增强。") return build_detection_train_loader(cfg, mapper=custom_mapper) # --- 3. 主训练函数 --- def main(args): print_script_header("Detectron2 PointRend 训练流程开始 (在线增强模式)") class_names = setup_datasets(dataset_root="dataset") if not class_names: print("[严重] 未能获取到有效的类别列表。终止训练。") return num_classes = len(class_names) print(f"[成功] 数据集注册完成。共找到 {num_classes} 个类别: {class_names}") print_section_header("模型配置") global cfg # [新增] 将 cfg 设为全局变量,以便 custom_mapper 可以访问 cfg = get_cfg() config_file_local_path = os.path.join("detectron2-main", "projects", "PointRend", "configs", "InstanceSegmentation", "implicit_pointrend_R_50_FPN_3x_coco.yaml") print(f"[配置] 从本地文件加载基础配置: '{config_file_local_path}'") if not os.path.exists(config_file_local_path): print(f"[错误] 配置文件未找到: '{config_file_local_path}'") return cfg.set_new_allowed(True) cfg.merge_from_file(config_file_local_path) # --- [新增] 配置在线数据增强相关的参数 --- print("[配置] 设置多尺度训练参数...") cfg.INPUT.MIN_SIZE_TRAIN = (640, 672, 704, 736, 768, 800) cfg.INPUT.MIN_SIZE_TRAIN_SAMPLING = "choice" print(f"[配置] 设置训练数据集为: ('cable_train',)") cfg.DATASETS.TRAIN = ("cable_train",) print(f"[配置] 设置测试/验证数据集为: ('cable_valid',)") cfg.DATASETS.TEST = ("cable_valid",) cfg.OUTPUT_DIR = "model_output_pointrend_augmented" # 建议换个名字以区分 print(f"[配置] 设置输出目录为: '{cfg.OUTPUT_DIR}'") os.makedirs(cfg.OUTPUT_DIR, exist_ok=True) print("[配置] 正在从本地加载预训练权重...") local_weight_path = os.path.join("pretrained_models", "model_final_f17282.pkl") if os.path.exists(local_weight_path): cfg.MODEL.WEIGHTS = local_weight_path print(f"[成功] 预训练权重路径已设置为: '{local_weight_path}'") else: print(f"[警告] 本地预训练权重文件未找到: '{local_weight_path}'。模型将从头开始训练。") cfg.MODEL.WEIGHTS = "" print(f"[配置] 为 {num_classes} 个类别调整模型。") cfg.MODEL.ROI_HEADS.NUM_CLASSES = num_classes if hasattr(cfg.MODEL, "POINT_HEAD"): cfg.MODEL.POINT_HEAD.NUM_CLASSES = num_classes # --- 修复 PointRend 缺失配置的健壮写法 --- if "PointRend" in cfg.MODEL.META_ARCHITECTURE: cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD.NUM_CLASSES = num_classes # PointRend的配置文件可能不包含这些,手动添加以确保兼容性 if not hasattr(cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD, "IN_FEATURES") or not cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD.IN_FEATURES: cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD.IN_FEATURES = cfg.MODEL.ROI_HEADS.IN_FEATURES if not hasattr(cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD, "OUTPUT_SIDE_RESOLUTION"): cfg.MODEL.ROI_MASK_HEAD.OUTPUT_SIDE_RESOLUTION = 7 print_section_header("超参数设置") cfg.DATALOADER.NUM_WORKERS = 2 print(f"[配置] DATALOADER.NUM_WORKERS (数据加载器工作进程数): {cfg.DATALOADER.NUM_WORKERS}") cfg.SOLVER.IMS_PER_BATCH = 3 print(f"[配置] SOLVER.IMS_PER_BATCH (每批图像数): {cfg.SOLVER.IMS_PER_BATCH}") cfg.SOLVER.BASE_LR = 0.00025 print(f"[配置] SOLVER.BASE_LR (基础学习率): {cfg.SOLVER.BASE_LR}") # 使用余弦退火学习率调度器,比阶梯下降更平滑 cfg.SOLVER.LR_SCHEDULER_NAME = "WarmupCosineLR" print(f"[配置] SOLVER.LR_SCHEDULER_NAME (学习率调度器): {cfg.SOLVER.LR_SCHEDULER_NAME}") cfg.SOLVER.MAX_ITER = 10000 print(f"[配置] SOLVER.MAX_ITER (最大迭代次数): {cfg.SOLVER.MAX_ITER}") cfg.SOLVER.STEPS = [] # 在使用 WarmupCosineLR 时,此项应为空 cfg.MODEL.ROI_HEADS.BATCH_SIZE_PER_IMAGE = 512 print(f"[配置] MODEL.ROI_HEADS.BATCH_SIZE_PER_IMAGE (每图RoI批大小): {cfg.MODEL.ROI_HEADS.BATCH_SIZE_PER_IMAGE}") cfg.TEST.EVAL_PERIOD = 500 print(f"[配置] TEST.EVAL_PERIOD (评估周期): {cfg.TEST.EVAL_PERIOD} 次迭代") print("[信息] 执行默认设置 (日志、环境检查等)...") default_setup(cfg, args) print_section_header("训练器初始化与模型结构保存") print("[信息] 正在初始化 CocoTrainer...") trainer = CocoTrainer(cfg) if comm.is_main_process(): # ... (模型结构保存代码无变化,此处省略) ... model_arch_file_path = os.path.join(cfg.OUTPUT_DIR, "model_architecture.txt") try: with open(model_arch_file_path, "w", encoding="utf-8") as f: f.write(f"Model Configuration Path: {config_file_local_path}\n") f.write(f"Number of Classes: {num_classes}\n\n") f.write("Model Architecture:\n") f.write("="*80 + "\n") f.write(str(trainer.model)) print(f"[成功] 模型结构已保存到: {model_arch_file_path}") except Exception as e: print(f"[错误] 保存模型结构到文件 '{model_arch_file_path}' 失败: {e}") resume_training = args.resume print(f"[信息] 训练器将尝试加载权重。是否从检查点恢复: {resume_training}") trainer.resume_or_load(resume=resume_training) print_section_header("训练开始") print(f"[信息] 开始使用 PointRend R-CNN 进行训练,共 {cfg.SOLVER.MAX_ITER} 次迭代...") try: trainer.train() print("\n[成功] 训练成功完成!") except Exception as e: print(f"\n[错误] 训练过程中发生错误: {e}") finally: print_script_footer("Detectron2 PointRend 训练流程结束") if __name__ == "__main__": parser = default_argument_parser() args = parser.parse_args() print_script_header("命令行参数") print("生效的命令行参数:") for arg, value in sorted(vars(args).items()): print(f" {arg}: {value}") print("\n[信息] 正在启动训练过程...") launch( main, args.num_gpus, num_machines=args.num_machines, machine_rank=args.machine_rank, dist_url=args.dist_url, args=(args,), )