MindCV

简介

MindCV是一个基于 MindSpore 开发的，致力于计算机视觉相关技术研发的开源工具箱。它提供大量的计算机视觉领域的经典模型和SoTA模型以及它们的预训练权重和训练策略。同时，还提供了自动增强等SoTA算法来提高模型性能。通过解耦的模块设计，您可以轻松地将MindCV应用到您自己的CV任务中。

主要特性

高易用性 MindCV将视觉任务分解为各种可配置的组件，用户可以轻松地构建自己的数据处理和模型训练流程。

>>> import mindcv
# 创建数据集
>>> dataset = mindcv.create_dataset('cifar10', download=True)
# 创建模型
>>> network = mindcv.create_model('resnet50', pretrained=True)

用户可通过预定义的训练和微调脚本，快速配置并完成训练或迁移学习任务。

# 配置和启动迁移学习任务
python train.py --model swin_tiny --pretrained --opt=adamw --lr=0.001 --data_dir=/path/to/dataset

高性能 MindCV集成了大量基于CNN和和Transformer的高性能模型, 如SwinTransformer，并提供预训练权重、训练策略和性能报告，帮助用户快速选型并将其应用于视觉模型。
灵活高效 MindCV基于高效的深度学习框架MindSpore开发，具有自动并行和自动微分等特性，支持不同硬件平台上（CPU/GPU/Ascend），同时支持效率优化的静态图模式和调试灵活的动态图模式。

性能结果

基于MindCV进行模型实现和重训练的汇总结果详见benchmark_results.md, 所用到的训练策略和训练后的模型权重均可通过表中链接获取。

各模型讲解和训练说明详见configs目录。

安装

依赖

mindspore >= 1.8.1
numpy >= 1.17.0
pyyaml >= 5.3
tqdm
openmpi 4.0.3 (分布式模式需要使用)

运行以下脚本，安装相关依赖。

pip install -r requirements.txt

用户可遵从官方指导并根据自身使用的硬件平台选择最适合您的MindSpore版本来进行安装。如果需要在分布式条件下使用，还需安装openmpi 。

之后的说明将默认用户已正确安装好相关依赖。

PyPI安装

MindCV的已发布版本可以通过PyPI安装。

pip install mindcv

源码安装

Git上最新的MindCV可以通过以下指令安装。

pip install git+https://github.com/mindspore-lab/mindcv.git

注：MindCV可以在Linux和Mac系统安装，但是目前还不能在Windows系统上安装。

快速入门

上手教程

在开始上手MindCV前，可以阅读MindCV的迁移学习教程，该教程可以帮助用户快速了解MindCV的各个重要组件以及训练、验证、测试流程。

以下是一些供您快速体验的代码样例。

>>> import mindcv
# 列出满足条件的预训练模型名称
>>> mindcv.list_models("swin*", pretrained=True)
['swin_tiny']
# 创建模型
>>> network = mindcv.create_model('swin_tiny', pretrained=True)
# 验证模型的准确率
>>> !python validate.py - -model = swin_tiny - -pretrained - -dataset = imagenet - -val_split = validation
{'Top_1_Accuracy': 0.808343989769821, 'Top_5_Accuracy': 0.9527253836317136, 'loss': 0.8474242982580839}

图片分类示例

使用加载了预训练参数的SoTA模型对一张图片进行推理。

>>> !python infer.py - -model = swin_tiny - -image_path = './tutorials/data/test/dog/dog.jpg'
{'Labrador retriever': 0.5700152, 'golden retriever': 0.034551315, 'kelpie': 0.010108651,
 'Chesapeake Bay retriever': 0.008229004, 'Walker hound, Walker foxhound': 0.007791956}

预测结果排名前1的是拉布拉多犬，正是这张图片里的狗狗的品种。

模型训练

通过train.py，用户可以很容易地在标准数据集或自定义数据集上训练模型，用户可以通过外部变量或者yaml配文件来设置训练策略（如数据增强、学习路策略）。

单卡训练

# 单卡训练
python train.py --model resnet50 --dataset cifar10 --dataset_download

以上代码是在CIFAR10数据集上单卡（CPU/GPU/Ascend）训练ResNet的示例，通过model和dataset参数分别指定需要训练的模型和数据集。

分布式训练

对于像ImageNet这样的大型数据集，有必要在多个设备上以分布式模式进行训练。基于MindSpore对分布式相关功能的良好支持，用户可以使用mpirun来进行模型的分布式训练。

# 分布式训练
# 假设你有4张GPU或者NPU卡
mpirun --allow-run-as-root -n 4 python train.py --distribute \
	--model densenet121 --dataset imagenet --data_dir ./datasets/imagenet

完整的参数列表及说明在config.py中定义，可运行python train.py --help快速查看。

如需恢复训练，请指定--ckpt_path和--ckpt_save_dir参数，脚本将加载路径中的模型权重和优化器状态，并恢复中断的训练进程。

超参配置和预训练策略

您可以编写yaml文件或设置外部参数来指定配置数据、模型、优化器等组件及其超参。以下是使用预设的训练策略（yaml文件）进行模型训练的示例。

mpirun --allow-run-as-root -n 4 python train.py -c configs/squeezenet/squeezenet_1.0_gpu.yaml

预定义的训练策略 MindCV目前提前了超过20种模型训练策略，在ImageNet取得SoTA性能。具体的参数配置和详细精度性能汇总请见configs文件夹。您可以便捷将这些训练策略用于您的模型训练中以提高性能（复用或修改相应的yaml文件即可）

在ModelArts/OpenI平台上训练

在ModelArts或OpenI云平台上进行训练，需要执行以下操作，：

1、在云平台上创建新的训练任务。
2、在网站UI界面添加运行参数`config`，并指定yaml配置文件的路径。
3、在网站UI界面添加运行参数`enable_modelarts`并设置为True。
4、在网站上填写其他训练信息并启动培训任务。

模型验证

使用validate.py可以便捷地验证训练好的模型。

# 验证模型
python validate.py --model=resnet50 --dataset=imagenet --data_dir=/path/to/data --ckpt_path=/path/to/model.ckpt

训练过程中进行验证

当需要在训练过程中，跟踪模型在测试集上精度的变化时，请启用参数--val_while_train，如下

python train.py --model=resnet50 --dataset=cifar10 \
		--val_while_train --val_split=test --val_interval=1

各轮次的训练损失和测试精度将保存在{ckpt_save_dir}/results.log中。

静态图和动态图模式

在默认情况下，模型训练（train.py）在MindSpore上以图模式运行，该模式对使用静态图编译对性能和并行计算进行了优化。相比之下，pynative模式的优势在于灵活性和易于调试。为了方便调试，您可以将参数--mode设为1以将运行模式设置为调试模式。

基于ms_function的混合模式是兼顾了MindSpore的效率和灵活的混合模式。用户可通过使用train_with_func.py文件来使用该混合模式进行训练。

python train_with_func.py --model=resnet50 --dataset=cifar10 --dataset_download --epoch_size=10

注：此为试验性质的训练脚本，仍在改进，在1.8.1或更早版本的MindSpore上使用此模式目前并不稳定。

教程

我们提供了系列教程，帮助用户学习如何使用MindCV.

模型列表

目前，MindCV支持以下模型。

支持模型

Big Transfer ResNetV2 (BiT) - https://arxiv.org/abs/1912.11370
ConvNeXt - https://arxiv.org/abs/2201.03545
ConViT (Soft Convolutional Inductive Biases Vision Transformers)- https://arxiv.org/abs/2103.10697
DenseNet - https://arxiv.org/abs/1608.06993
DPN (Dual-Path Network) - https://arxiv.org/abs/1707.01629
EfficientNet (MBConvNet Family) https://arxiv.org/abs/1905.11946
EfficientNet V2 - https://arxiv.org/abs/2104.00298
GhostNet - https://arxiv.org/abs/1911.11907
GoogleNet - https://arxiv.org/abs/1409.4842
Inception-V3 - https://arxiv.org/abs/1512.00567
Inception-ResNet-V2 and Inception-V4 - https://arxiv.org/abs/1602.07261
MNASNet - https://arxiv.org/abs/1807.11626
MobileNet-V1 - https://arxiv.org/abs/1704.04861
MobileNet-V2 - https://arxiv.org/abs/1801.04381
MobileNet-V3 (MBConvNet w/ Efficient Head) - https://arxiv.org/abs/1905.02244
NASNet - https://arxiv.org/abs/1707.07012
PNasNet - https://arxiv.org/abs/1712.00559
PVT (Pyramid Vision Transformer) - https://arxiv.org/abs/2102.12122
PoolFormer models - https://github.com/sail-sg/poolformer
RegNet - https://arxiv.org/abs/2003.13678
RepMLP https://arxiv.org/abs/2105.01883
RepVGG - https://arxiv.org/abs/2101.03697
ResNet (v1b/v1.5) - https://arxiv.org/abs/1512.03385
ResNeXt - https://arxiv.org/abs/1611.05431
Res2Net - https://arxiv.org/abs/1904.01169
ReXNet - https://arxiv.org/abs/2007.00992
ShuffleNet v1 - https://arxiv.org/abs/1707.01083
ShuffleNet v2 - https://arxiv.org/abs/1807.11164
SKNet - https://arxiv.org/abs/1903.06586
SqueezeNet - https://arxiv.org/abs/1602.07360
Swin Transformer - https://arxiv.org/abs/2103.14030
VGG - https://arxiv.org/abs/1409.1556
Visformer - https://arxiv.org/abs/2104.12533
Vision Transformer (ViT) - https://arxiv.org/abs/2010.11929
Xception - https://arxiv.org/abs/1610.02357

关于模型性能和预训练权重的信息请查看 configs 文件夹。

我们将持续加入更多SoTA模型及其训练策略，敬请关注。

支持算法

支持算法列表

数据增强
- AutoAugment
- RandAugment
- Repeated Augmentation
- RandErasing (Cutout)
- CutMix
- Mixup
- RandomResizeCrop
- Color Jitter, Flip, etc
优化器
- Adam
- Adamw
- Lion
- Adan (experimental)
- AdaGrad
- LAMB
- Momentum
- RMSProp
- SGD
- NAdam
学习率调度器
- Warmup Cosine Decay
- Step LR
- Polynomial Decay
- Exponential Decay
正则化
- Weight Decay
- Label Smoothing
- Stochastic Depth (depends on networks)
- Dropout (depends on networks)
损失函数
- Cross Entropy (w/ class weight and auxiliary logit support)
- Binary Cross Entropy (w/ class weight and auxiliary logit support)
- Soft Cross Entropy Loss (automatically enabled if mixup or label smoothing is used)
- Soft Binary Cross Entropy Loss (automatically enabled if mixup or label smoothing is used)
模型融合
- Warmup EMA (Exponential Moving Average)

日志

更新

2023/03/25

更新ResNet网络预训练权重，现在预训练权重有更高Top1精度
- ResNet18精度从70.09提升到70.31
- ResNet34精度从73.69提升到74.15
- ResNet50精度从76.64提升到76.69
- ResNet101精度从77.63提升到78.24
- ResNet152精度从78.63提升到78.72
按照规则(model_scale-sha256sum.ckpt)更新预训练权重名字和相应下载URL链接。

2023/03/05

增加Lion (EvoLved Sign Momentum)优化器，论文 https://arxiv.org/abs/2302.06675
- Lion所使用的学习率一般比Adamw小3到10倍，而权重衰减(weigt_decay)要大3到10倍.
增加6个模型及其训练策略、预训练权重：
- HRNet
- SENet
- GoogLeNet
- Inception V3
- Inception V4
- Xception
Support gradient clip

2023/01/10

MindCV v0.1发布! 支持通过PyPI安装 (pip install mindcv).
新增4个模型的预训练权重及其策略： googlenet, inception_v3, inception_v4, xception

2022/12/09

支持在所有学习率策略中添加学习率预热操作，除cosine decay策略外。
支持Repeated Augmenation操作，可以通过--aug_repeats对其进行设置，设置值应大于1(通常为3或4)。
支持EMA。
通过支持mixup和cutmix操作进一步优化BCE损失函数。

2022/11/21

支持模型损失和正确率的可视化。
支持伦次维度的cosine decay策略的学习率预热操作（之前仅支持步维度）。

2022/11/09

支持2个ViT预训练模型。
支持RandAugment augmentation操作。
提高了CutMix操作的可用性，CutMix和Mixup目前可以一起使用。
解决了学习率画图的bug。

2022/10/12

BCE和CE损失函数目前都支持class-weight config操作、label smoothing操作、auxilary logit input操作（适用于类似Inception模型）。

2022/09/13

支持Adan优化器(试用版)。

贡献方式

欢迎开发者用户提issue或提交代码PR，或贡献更多的算法和模型，一起让MindCV变得更好。

有关贡献指南，请参阅CONTRIBUTING.md。请遵循模型编写指南所规定的规则来贡献模型接口：)

许可证

本项目遵循Apache License 2.0开源协议。

致谢

MindCV是由MindSpore团队、西安电子科技大学、西安交通大学联合开发的开源项目。衷心感谢所有参与的研究人员和开发人员为这个项目所付出的努力。十分感谢 OpenI 平台所提供的算力资源。

引用

如果你觉得MindCV对你的项目有帮助，请考虑引用：

@misc{MindSpore Computer Vision 2022,
    title={{MindSpore Computer  Vision}:MindSpore Computer Vision Toolbox and Benchmark},
    author={MindSpore Vision Contributors},
    howpublished = {\url{https://github.com/mindspore-lab/mindcv/}},
    year={2022}
}

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