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PP-PicoDet

历史版本模型

详情请参考：PicoDet 2021.10版本

简介

PaddleDetection中提出了全新的轻量级系列模型PP-PicoDet，在移动端具有卓越的性能，成为全新SOTA轻量级模型。详细的技术细节可以参考我们的arXiv技术报告。

PP-PicoDet模型有如下特点：

🌟 更高的mAP: 第一个在1M参数量之内mAP(0.5:0.95)超越30+(输入416像素时)。
🚀 更快的预测速度: 网络预测在ARM CPU下可达150FPS。
😊 部署友好: 支持PaddleLite/MNN/NCNN/OpenVINO等预测库，支持转出ONNX，提供了C++/Python/Android的demo。
😍 先进的算法: 我们在现有SOTA算法中进行了创新, 包括：ESNet, CSP-PAN, SimOTA等等。

基线

模型	输入尺寸	mAP^val 0.5:0.95	mAP^val 0.5	参数量 ^(M)	FLOPS ^(G)	预测时延^{CPU^{^(ms)}}	预测时延^{Lite^{^(ms)}}	权重下载	配置文件	导出模型
PicoDet-XS	320*320	23.5	36.1	0.70	0.67	3.9ms	7.81ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-XS	416*416	26.2	39.3	0.70	1.13	6.1ms	12.38ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-S	320*320	29.1	43.4	1.18	0.97	4.8ms	9.56ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-S	416*416	32.5	47.6	1.18	1.65	6.6ms	15.20ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-M	320*320	34.4	50.0	3.46	2.57	8.2ms	17.68ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-M	416*416	37.5	53.4	3.46	4.34	12.7ms	28.39ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-L	320*320	36.1	52.0	5.80	4.20	11.5ms	25.21ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-L	416*416	39.4	55.7	5.80	7.10	20.7ms	42.23ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理
PicoDet-L	640*640	42.6	59.2	5.80	16.81	62.5ms	108.1ms	model \| log	config	w/ 后处理 \| w/o 后处理

特色模型

模型	输入尺寸	mAP^val 0.5:0.95	mAP^val 0.5	参数量 ^(M)	FLOPS ^(G)	预测时延^{CPU^{^(ms)}}	预测时延^{Lite^{^(ms)}}	权重下载	配置文件
PicoDet-S-NPU	416*416	30.1	44.2	-	-	-	-	model \| log	config

注意事项:

时延测试：我们所有的模型都在英特尔酷睿i7 10750H的CPU 和骁龙865(4xA77+4xA55)的ARM CPU上测试(4线程，FP16预测)。上面表格中标有CPU的是使用OpenVINO测试，标有Lite的是使用Paddle Lite进行测试。
PicoDet在COCO train2017上训练，并且在COCO val2017上进行验证。使用4卡GPU训练，并且上表所有的预训练模型都是通过发布的默认配置训练得到。
Benchmark测试：测试速度benchmark性能时，导出模型后处理不包含在网络中，需要设置-o export.benchmark=True 或手动修改runtime.yml。

其他模型的基线

模型	输入尺寸	mAP^val 0.5:0.95	mAP^val 0.5	参数量 ^(M)	FLOPS ^(G)	预测时延^{NCNN^{^(ms)}}
YOLOv3-Tiny	416*416	16.6	33.1	8.86	5.62	25.42
YOLOv4-Tiny	416*416	21.7	40.2	6.06	6.96	23.69
PP-YOLO-Tiny	320*320	20.6	-	1.08	0.58	6.75
PP-YOLO-Tiny	416*416	22.7	-	1.08	1.02	10.48
Nanodet-M	320*320	20.6	-	0.95	0.72	8.71
Nanodet-M	416*416	23.5	-	0.95	1.2	13.35
Nanodet-M 1.5x	416*416	26.8	-	2.08	2.42	15.83
YOLOX-Nano	416*416	25.8	-	0.91	1.08	19.23
YOLOX-Tiny	416*416	32.8	-	5.06	6.45	32.77
YOLOv5n	640*640	28.4	46.0	1.9	4.5	40.35
YOLOv5s	640*640	37.2	56.0	7.2	16.5	78.05

ARM测试的benchmark脚本来自: MobileDetBenchmark。

快速开始

依赖包:

PaddlePaddle == 2.2.2

安装

训练&评估

单卡GPU上训练:

# training on single-GPU
export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0
python tools/train.py -c configs/picodet/picodet_s_320_coco_lcnet.yml --eval

**注意：**如果训练时显存out memory，将TrainReader中batch_size调小，同时LearningRate中base_lr等比例减小。同时我们发布的config均由4卡训练得到，如果改变GPU卡数为1，那么base_lr需要减小4倍。

多卡GPU上训练:

# training on multi-GPU
export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3
python -m paddle.distributed.launch --gpus 0,1,2,3 tools/train.py -c configs/picodet/picodet_s_320_coco_lcnet.yml --eval

**注意：**PicoDet所有模型均由4卡GPU训练得到，如果改变训练GPU卡数，需要按线性比例缩放学习率base_lr。

评估:

python tools/eval.py -c configs/picodet/picodet_s_320_coco_lcnet.yml \
              -o weights=https://paddledet.bj.bcebos.com/models/picodet_s_320_coco_lcnet.pdparams

测试:

python tools/infer.py -c configs/picodet/picodet_s_320_coco_lcnet.yml \
              -o weights=https://paddledet.bj.bcebos.com/models/picodet_s_320_coco_lcnet.pdparams

详情请参考快速开始文档.

部署

导出及转换模型

1. 导出模型

cd PaddleDetection
python tools/export_model.py -c configs/picodet/picodet_s_320_coco_lcnet.yml \
              -o weights=https://paddledet.bj.bcebos.com/models/picodet_s_320_coco_lcnet.pdparams \
              --output_dir=output_inference

如无需导出后处理，请指定：-o export.benchmark=True（如果-o已出现过，此处删掉-o）或者手动修改runtime.yml 中相应字段。
如无需导出NMS，请指定：-o export.nms=False或者手动修改runtime.yml 中相应字段。许多导出至ONNX场景只支持单输入及固定shape输出，所以如果导出至ONNX，推荐不导出NMS。

2. 转换模型至Paddle Lite (点击展开)

安装Paddlelite>=2.10:

pip install paddlelite

转换模型至Paddle Lite格式：

# FP32
paddle_lite_opt --model_dir=output_inference/picodet_s_320_coco_lcnet --valid_targets=arm --optimize_out=picodet_s_320_coco_fp32
# FP16
paddle_lite_opt --model_dir=output_inference/picodet_s_320_coco_lcnet --valid_targets=arm --optimize_out=picodet_s_320_coco_fp16 --enable_fp16=true

3. 转换模型至ONNX (点击展开)

安装Paddle2ONNX >= 0.7 并且 ONNX > 1.10.1, 细节请参考导出ONNX模型教程

pip install onnx
pip install paddle2onnx==0.9.2

转换模型:

paddle2onnx --model_dir output_inference/picodet_s_320_coco_lcnet/ \
            --model_filename model.pdmodel  \
            --params_filename model.pdiparams \
            --opset_version 11 \
            --save_file picodet_s_320_coco.onnx

简化ONNX模型: 使用onnx-simplifier库来简化ONNX模型。
- 安装 onnxsim >= 0.4.1:
```
pip install onnxsim
```
- 简化ONNX模型:
```
onnxsim picodet_s_320_coco.onnx picodet_s_processed.onnx
```

部署用的模型

模型	输入尺寸	ONNX	Paddle Lite(fp32)	Paddle Lite(fp16)
PicoDet-XS	320*320	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-XS	416*416	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-S	320*320	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-S	416*416	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-M	320*320	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-M	416*416	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-L	320*320	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-L	416*416	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model
PicoDet-L	640*640	( w/ 后处理) \| ( w/o 后处理)	model	model

部署

预测库	Python	C++	带后处理预测
OpenVINO	Python	C++（带后处理开发中）	✔︎
Paddle Lite	-	C++	✔︎
Android Demo	-	Paddle Lite	✔︎
PaddleInference	Python	C++	✔︎
ONNXRuntime	Python	Coming soon	✔︎
NCNN	Coming soon	C++	✘
MNN	Coming soon	C++	✘

Android demo可视化：

量化

依赖包:

PaddlePaddle >= 2.2.2
PaddleSlim >= 2.2.2

安装:

pip install paddleslim==2.2.2

量化训练

开始量化训练:

python tools/train.py -c configs/picodet/picodet_s_416_coco_lcnet.yml \
          --slim_config configs/slim/quant/picodet_s_416_lcnet_quant.yml --eval

更多细节请参考slim文档

量化训练Model ZOO：

量化模型	输入尺寸	mAP^val 0.5:0.95	Configs	Weight	Inference Model	Paddle Lite(INT8)
PicoDet-S	416*416	31.5	config \| slim config	model	w/ 后处理 \| w/o 后处理	w/ 后处理 \| w/o 后处理

非结构化剪枝

教程:

训练及部署细节请参考非结构化剪枝文档。

应用

行人检测： PicoDet-S-Pedestrian行人检测模型请参考PP-TinyPose
主体检测： PicoDet-L-Mainbody主体检测模型请参考主体检测文档

FAQ

显存爆炸(Out of memory error)

请减小配置文件中TrainReader的batch_size。

如何迁移学习

请重新设置配置文件中的pretrain_weights字段，比如利用COCO上训好的模型在自己的数据上继续训练：

pretrain_weights: https://paddledet.bj.bcebos.com/models/picodet_l_640_coco_lcnet.pdparams

`transpose`算子在某些硬件上耗时验证

请使用PicoDet-LCNet模型，transpose较少。

如何计算模型参数量。

可以将以下代码插入：trainer.py 来计算参数量。

params = sum([
    p.numel() for n, p in self.model. named_parameters()
    if all([x not in n for x in ['_mean', '_variance']])
]) # exclude BatchNorm running status
print('params: ', params)

引用PP-PicoDet

如果需要在你的研究中使用PP-PicoDet，请通过一下方式引用我们的技术报告：

@misc{yu2021pppicodet,
      title={PP-PicoDet: A Better Real-Time Object Detector on Mobile Devices},
      author={Guanghua Yu and Qinyao Chang and Wenyu Lv and Chang Xu and Cheng Cui and Wei Ji and Qingqing Dang and Kaipeng Deng and Guanzhong Wang and Yuning Du and Baohua Lai and Qiwen Liu and Xiaoguang Hu and Dianhai Yu and Yanjun Ma},
      year={2021},
      eprint={2111.00902},
      archivePrefix={arXiv},
      primaryClass={cs.CV}
}

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