手把手教你用AlexeyAB版Darknet

系统管理员 2023-06-30 02:18 142阅读 0赞

> 前言: 自从Joseph Redmon提出了yolov3后，其darknet仓库已经获得了16k的star，足以说明darknet的流行。该作者最新一次更新也是一年前了，没有继续维护。不过自来自俄国的大神AlexeyAB在不断地更新darknet, 不仅添加了darknet在window下的适配，而且实现了多种SOTA目标检测算法。AlexeyAB也在库中提供了一份详细的建议，从编译、配置、涉及网络到测量指标等，一应俱全。通过阅读和理解AlexeyAB的建议，可以为我们带来很多启发。本文是来自翻译AlexeyAB的darknet中的README，并在翻译的过程中加入我们的一些经验。

### 文章目录 ###

*   *  1. 依赖
     *   *  1.1 环境要求
         *  1.2 数据集获取
     *  2. 相比原作者Darknet的改进
     *  3. 命令行使用
     *  4. Linux下如何编译Darknet
     *   *  4.1 使用CMake编译Darknet
         *  4.2 使用make编译Darknet
     *  5. 如何在Window下编译Darknet
     *   *  5.1 使用CMake-GUI进行编译
         *  5.2 使用vcpkg进行编译
         *  5.3 使用legacy way进行编译
     *  6. 如何训练
     *   *  6.1 Pascal VOC dataset
         *  6.2 如何使用多GPU训练？
         *  6.3 训练自定义数据集(重点关注)
         *  6.4 训练tiny-yolo
         *  6.5 什么时候停止训练
         *  6.6 如何在pascal voc2007数据集上计算mAP指标
     *  7. 如何提升目标检测性能？
     *  8. 如何标注以及创建标注文件
     *  9. 使用YOLO9000
     *  10. 如何将YOLO作为DLL和SO库进行使用？
     *  11. 附录

下图是CSPNet中统计的目前的State of the Art的目标检测模型。其中从csresnext50-panet-spp-optimal模型是CSPNet中提出来的，可以结合AlexeyAB版本的Darknet就可以实现。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0REX1BQX0pK_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 1. 依赖 ##

### 1.1 环境要求 ###

*  window系统或者linux系统。
 *  CMake版本高于3.8。
 *  CUDA 10.0，cuDNN>=7.0。
 *  OpenCV版本高于2.4。
 *  Linux下需要GCC 或者Clang, Window下需要Visual Studio 15、17或19版。

### 1.2 数据集获取 ###

1.  MS COCO数据集: 使用`./scripits/get_coco_dataset.sh`来获取数据集。
2.  OpenImages数据集: 使用`./scripits/get_openimages_dataset.py`获取数据集,并按照规定的格式重排训练集。
3.  Pascal VOC数据集: 使用`./scripits/voc_label.py`对数据集标注进行处理。
4.  ILSVRC2012数据集(ImageNet Classification): 使用`./scripits/get_imagenet_train.sh`获取数据集，运行`./scripits/imagenet_label.sh`用于验证集。
5.  German/Belgium/Russian/LISA/MASTIF 交通标志数据集。
6.  其他数据集，请访问`https://github.com/AlexeyAB/darknet/tree/master/scripts#datasets`

结果示意：

![1578922944407][]

其他测试结果可以访问:`https://www.youtube.com/user/pjreddie/videos`

## 2. 相比原作者Darknet的改进 ##

*  添加了对windows下运行darknet的支持。
 *  添加了SOTA模型： CSPNet, PRN, EfficientNet。
 *  在官方Darknet的基础上添加了新的层：\[conv\_lstm\], \[scale\_channels\] SE/ASFF/BiFPN, \[local\_avgpool\], \[sam\], \[Gaussian\_yolo\], \[reorg3d\] (修复 \[reorg\]), 修复 \[batchnorm\]。
 *  可以使用`[conv_lstm]`层或者`[crnn]`层来实现针对视频的目标检测。
 *  添加了多种数据增强策略: `[net] mixup=1 cutmix=1 mosaic=1 blur=1`。
 *  添加了多种激活函数: SWISH, MISH, NORM\_CHAN, NORM\\CHAN\_SOFTMAX。
 *  增加了使用CPU-RAM提高GPU处理训练的能力，以增加`mini_batch_size`和准确性。
 *  提升了二值网络，让其在CPU和GPU上的训练和测试速度变为原来的2-4倍。
 *  通过将Convolutional层和Batch-Norm层合并成一个层，提升了约7%速度。
 *  如果在Makefile中使用CUDNN\_HALF参数，可以让网络在TeslaV100，GeForce RTX等型号的GPU上的检测速度提升两倍。
 *  针对视频的检测进行了优化，对高清视频检测速度可以提升1.2倍，对4k的视频检测速度可以提升2倍。
 *  数据增强部分使用Opencv SSE/AVX指令优化了原来朴素实现的数据增强，数据增强速度提升为原来的3.5倍。
 *  在CPU上使用AVX指令来提高了检测速度，yolov3提高了约85%。
 *  在网络多尺度训练（`random=1`）的时候优化了内存分配。
 *  优化了检测时的GPU初始化策略，在bacth=1的时候执行初始化而不是当batch=1的时候重新初始化。
 *  添加了计算mAP,F1,IoU, Precision-Recall等指标的方法，只需要运行`darknet detector map`命令即可。
 *  支持在训练的过程中画loss曲线和准确率曲线，只需要添加`-map`标志即可。
 *  提供了`-json_port`,`-mjpeg_port`选项，支持作为json和mjpeg 服务器来在线获取的结果。可以使用你的编写的软件或者web浏览器与**json和mjpeg服务器**连接。
 *  添加了Anchor的计算功能，可以根据数据集来聚类得到合适的Anchor。
 *  添加了一些目标检测和目标跟踪的示例：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/src/yolo_console_dll.cpp`
 *  在使用错误的cfg文件或者数据集的时候，添加了运行时的建议和警告。
 *  其它一些代码修复。

## 3. 命令行使用 ##

Linux中使用./darknet，window下使用darknet.exe.

Linux中命令格式类似`./darknet detector test ./cfg/coco.data ./cfg/yolov3.cfg ./yolov3.weights`

Linux中的可执行文件在根目录下，Window下则在`\build\darknet\x64`文件夹中。以是不同情况下应该使用的命令：

*  Yolo v3 COCO - **图片测试**: `darknet.exe detector test cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -thresh 0.25`
 *  **输出坐标** of objects: `darknet.exe detector test cfg/coco.data yolov3.cfg yolov3.weights -ext_output dog.jpg`
 *  Yolo v3 COCO - **视频测试**: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -ext_output test.mp4`
 *  **网络摄像头**: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -c 0`
 *  **网络视频摄像头** \- Smart WebCam: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights http://192.168.0.80:8080/video?dummy=param.mjpg`
 *  Yolo v3 - **保存视频结果为res.avi**: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights test.mp4 -out_filename res.avi`
 *  Yolo v3 **Tiny版本** COCO - video: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3-tiny.cfg yolov3-tiny.weights test.mp4`
 *  **JSON and MJPEG 服务器** ：创建JSON和MJPEG服务器，允许软件或Web浏览器进行与服务器之间进行多个连接 。假设两者需要的端口为`ip-address:8070` 和 `8090`: `./darknet detector demo ./cfg/coco.data ./cfg/yolov3.cfg ./yolov3.weights test50.mp4 -json_port 8070 -mjpeg_port 8090 -ext_output`
 *  Yolo v3 **Tiny** **on GPU**: `darknet.exe detector demo cfg/coco.data cfg/yolov3-tiny.cfg yolov3-tiny.weights -i 1 test.mp4`
 *  另一个可进行图片测试的命令 Yolo v3 COCO - **图片测试**: `darknet.exe detect cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -i 0 -thresh 0.25`
 *  在 **Amazon EC2**上训练, 如果想要看mAP和Loss曲线，运行以下命令: `http://ec2-35-160-228-91.us-west-2.compute.amazonaws.com:8090` (**Darknet 必须使用OpenCV进行编译才能使用该功能**): `./darknet detector train cfg/coco.data yolov3.cfg darknet53.conv.74 -dont_show -mjpeg_port 8090 -map`
 *  186 MB Yolo9000 - **图片分类**: `darknet.exe detector test cfg/combine9k.data cfg/yolo9000.cfg yolo9000.weights`
 *  **处理一系列图片，并保存结果为json文件**：`darknet.exe detector test cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -ext_output -dont_show -out result.json < data/train.txt`
 *  **处理一系列图片，并保存结果为txt文件**:  
    `darknet.exe detector test cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -dont_show -ext_output < data/train.txt > result.txt`
 *  **伪标注：** 处理一个list的图片 `data/new_train.txt` ，可以让结果保存为Yolo训练所需的格式，标注文件为 `<image_name>.txt` 。通过这种方法可以迅速增加训练数据量。具体命令为:`darknet.exe detector test cfg/coco.data cfg/yolov3.cfg yolov3.weights -thresh 0.25 -dont_show -save_labels < data/new_train.txt`
 *  **如何计算anchor**(通过聚类得到): `darknet.exe detector calc_anchors data/obj.data -num_of_clusters 9 -width 416 -height 416`
 *  **计算mAP@IoU=50**: `darknet.exe detector map data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_7000.weights`
 *  **计算mAP@IoU=75**: `darknet.exe detector map data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_7000.weights -iou_thresh 0.75`

**利用Video-Camera和Mjepg-Stream在Android智能设备中运行YOLOv3**

1.  下载 mjpeg-stream APP: IP Webcam / Smart WebCam:
    
     *  Smart WebCam - 从此处下载: `https://play.google.com/store/apps/details?id=com.acontech.android.SmartWebCam2`
     *  IP Webcam下载地址: `https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pas.webcam`
2.  将你的手机与电脑通过WIFI或者USB相连。
3.  开启手机中的Smart WebCam APP。
4.  将以下IP地址替换,在Smart WebCam APP中显示，并运行以下命令：

Yolo v3 COCO-model: `darknet.exe detector demo data/coco.data yolov3.cfg yolov3.weights http://192.168.0.80:8080/video?dummy=param.mjpg -i 0`

## 4. Linux下如何编译Darknet ##

### 4.1 使用CMake编译Darknet ###

CMakeList.txt是一个尝试发现所有安装过的、可选的依赖项(比如CUDA，cuDNN, ZED)的配置文件，然后使用这些依赖项进行编译。它将创建一个共享库文件，这样就可以使用Darknet进行代码开发。

在克隆了项目库以后按照以下命令进行执行：

mkdir build-release
    cd build-release
    cmake ..
    make
    make install

### 4.2 使用make编译Darknet ###

在克隆了项目库以后，直接运行`make`命令，需要注意的是Makefile中有一些可选参数：

*  GPU=1代表编译完成后将可以使用CUDA来进行GPU加速(CUDA应该在`/usr/local/cuda`中)。
 *  CUDNN=1代表通过cuDNN v5-v7进行编译，这样将可以加速使用GPU训练过程(cuDNN应该在`/usr/local/cudnn`中)。
 *  CUDNN\_HALF=1代表在编译的过程中是否添加Tensor Cores, 编译完成后将可以将目标检测速度提升为原来的3倍，训练网络的速度提高为原来的2倍。
 *  OPENCV=1代表编译的过程中加入OpenCV, 目前支持的OpenCV的版本有4.x/3.x/2.4.x， 编译结束后将允许Darknet对网络摄像头的视频流或者视频文件进行目标检测。
 *  DEBUG=1 代表是否开启YOLO的debug模式。
 *  OPENMP=1代表编译过程将引入openmp,编译结束后将代表可以使用多核CPU对yolo进行加速。
 *  LIBSO=1 代表编译库darknet.so。
 *  ZED\_CAMERA=1 构建具有ZED-3D相机支持的库(应安装ZED SDK)，然后运行。

## 5. 如何在Window下编译Darknet ##

### 5.1 使用CMake-GUI进行编译 ###

建议使用以下方法来完成Window下Darknet的编译，需要环境有：Visual Studio 15/17/19, CUDA>10.0, cuDNN>7.0, OpenCV>2.4

使用CMake-GUI编译流程：

1.  Configure.
2.  Optional platform for generator (Set: x64) .
3.  Finish.
4.  Generate.
5.  Open Project.
6.  Set: x64 & Release.
7.  Build.
8.  Build solution.

### 5.2 使用vcpkg进行编译 ###

如果你已经满足Visual Studio 15/17/19 、CUDA>10.0、 cuDNN>7.0、OpenCV>2.4的条件, 那么推荐使用通过CMake-GUI的方式进行编译。

否则按照以下步骤进行编译:

*  安装或更新Visual Studio到17+,确保已经对其进行全面修补。
 *  安装CUDA和cuDNN。
 *  安装Git和CMake, 并将它们加入环境变量中。
 *  安装vcpkg然后尝试安装一个测试库来确认安装是正确的，比如：`vcpkg install opengl`。
 *  定义一个环境变量`VCPKG_ROOT`, 指向vcpkg的安装路径。
 *  定义另一个环境变量`VCPKG_DEFAULT_TRIPLET`将其指向x64-windows。
 *  打开Powershell然后运行以下命令：

PS \>                  cd $env:VCPKG_ROOT
    PS Code\vcpkg>         .\vcpkg install pthreads opencv[ffmpeg] 
    #replace with opencv[cuda,ffmpeg] in case you want to use cuda-accelerated openCV

*  打开Powershell, 切换到darknet文件夹，然后运行`.\build.ps1`进行编译。如果要使用Visual Studio，将在Build后找到CMake为您创建的两个自定义解决方案，一个在`build_win_debug`中，另一个在`build_win_release`中，其中包含适用于系统的所有配置标志。

### 5.3 使用legacy way进行编译 ###

*  如果你有CUDA10.0、cuDNN 7.4 和OpenCV 3.x , 那么打开`build\darknet\darknet.sln`, 设置x64和Release 然后运行Build， 进行darknet的编译，将cuDNN加入环境变量中。
    
     *  在`C:\opencv_3.0\opencv\build\x64\vc14\bin`找到`opencv_world320.dll`和`opencv_ffmpeg320_64.dll`, 然后将其复制到`darknet.exe`同级目录中。
     *  在`C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v10.0`中检查是否含有bin和include文件夹。如果没有这两个文件夹，那就将他们从CUDA安装的地方复制到这个地方。
     *  安装cuDNN 7.4.1 来匹配CUDA 10.0, 将cuDNN添加到环境变量`CUDNN`。将`cudnn64_7.dll`复制到`\build\darknet\x64`中。
 *  如果你是用的是其他版本的CUDA（不是CUDA 10.0）, 那么使用Notepad打开`build\darknet\darknet.vxcproj`, 将其中的CUDA 10.0替换为你的CUDA的版本。然后打开`\darknet.sln`, 然后右击工程，点击属性properties, 选择CUDA C/C++, 然后选择Device , 然后移除`compute_75,sm_75`。之后从第一步从头开始执行。
 *  如果你没有GPU但是有OpenCV3.0， 那么打开`build\darknet\darknet_no_gpu.sln`, 设置x64和Release， 然后运行build -> build darknet\_no\_gpu。
 *  如果你只安装了OpenCV 2.4.14，那你应该修改`\darknet.sln`中的路径。
    
     *  (右键点击工程) -> properties -> C/C++ -> General -> Additional Include Directories: `C:\opencv_2.4.13\opencv\build\include`
     *  (右键点击工程)-> properties -> Linker -> General -> Additional Library Directories: `C:\opencv_2.4.13\opencv\build\x64\vc14\lib`
 *  如果你的GPU有Tensor Cores(Nvidia Titan V/ Tesla V100/ DGX-2等型号)， 可以提升目标检测模型测试速度为原来的3倍，训练速度变为原来的2倍。`\darknet.sln` \-> (右键点击工程) -> properties -> C/C++ -> Preprocessor -> Preprocessor Definitions, and add here: `CUDNN_HALF;`
    
    **注意**：CUDA 必须在Visual Studio安装后再安装。

## 6. 如何训练 ##

### 6.1 Pascal VOC dataset ###

1.  下载预训练模型 (154 MB): `http://pjreddie.com/media/files/darknet53.conv.74` 将其放在 `build\darknet\x64`文件夹中。
2.  下载pascal voc数据集并解压到 `build\darknet\x64\data\voc` 放在 `build\darknet\x64\data\voc\VOCdevkit\`文件夹中:
    
     *  `http://pjreddie.com/media/files/VOCtrainval_11-May-2012.tar`。
     *  `http://pjreddie.com/media/files/VOCtrainval_06-Nov-2007.tar`。
     *  `http://pjreddie.com/media/files/VOCtest_06-Nov-2007.tar`。
    
    2.1 下载 `voc_label.py` 到 `build\darknet\x64\data\voc`，地址为: `http://pjreddie.com/media/files/voc_label.py。`
3.  下载并安装python: `https://www.python.org/ftp/python/3.5.2/python-3.5.2-amd64.exe`
4.  运行命令: `python build\darknet\x64\data\voc\voc_label.py` (来生成文件: 2007\_test.txt, 2007\_train.txt, 2007\_val.txt, 2012\_train.txt, 2012\_val.txt)。
5.  运行命令: `type 2007_train.txt 2007_val.txt 2012_*.txt > train.txt`。
6.  在 `yolov3-voc.cfg`文件中设置 `batch=64` 和`subdivisions=8`。
7.  使用 `train_voc.cmd` 或者使用以下命令开始训练:
    
    `darknet.exe detector train cfg/voc.data cfg/yolov3-voc.cfg darknet53.conv.74`。

(**Note:** 如果想要停止loss显示，添加 `-dont_show`标志. 如果使用CPU运行, 用`darknet_no_gpu.exe` 代替 `darknet.exe`。)

如果想要改数据集路径的话，请修改 `build\darknet\cfg\voc.data`文件。

**Note:** 在训练中如果你看到avg为nan，那证明训练出错。但是如果在其他部分出现nan，这属于正常现象，训练过程是正常的。

### 6.2 如何使用多GPU训练？ ###

1.  首先在一个GPU中训练大概1000个轮次: `darknet.exe detector train cfg/voc.data cfg/yolov3-voc.cfg darknet53.conv.74`。
2.  然后停下来基于这个保存的模型 `/backup/yolov3-voc_1000.weights` 使用多GPU (最多4个GPU): `darknet.exe detector train cfg/voc.data cfg/yolov3-voc.cfg /backup/yolov3-voc_1000.weights -gpus 0,1,2,3`。

在多GPU训练的时候，`learning rate`需要进行修改，比如单`gpu使用0.001`，那么多gpu应该使用0.001/GPUS。然后`cfg`文件中的`burn_in`参数和`max_batches`参数要设置为原来的GPUS倍。

### 6.3 训练自定义数据集(重点关注) ###

训练较早提出的Yolo 系列算法如`yolov2-voc.cfg`, `yolov2-tiny-voc.cfg`, `yolo-voc.cfg`, `yolo-voc.2.0.cfg`，请看`https://github.com/AlexeyAB/darknet/tree/47c7af1cea5bbdedf1184963355e6418cb8b1b4f#how-to-train-pascal-voc-data`。

Training Yolo v3:

1.  创建与 `yolov3.cfg`内容相同的 `yolo-obj.cfg` 或者直接复制然后重命名为`yolo-obj.cfg` 然后

*  设置`cfg`文件中 `batch=64`。
 *  设置`cfg`文件中 `subdivisions=16`。
 *  设置`cfg`文件中`max_batches`参数 (一般可以设置为`classes*2000` 但是不要低于 `4000`), 比如 如果你有三个类，那么设置`max_batches=6000`。
 *  设置`steps`参数，一般为80%和90%的`max_batches`。比如 `steps=4800,5400`
 *  设置网络输入长宽必须能够整除32，比如 `width=416 height=416` \`
 *  修改yolo层中的 `classes=80` 改为你的类别的个数，比如`classes=3`:
 *  修改yolo层前一个卷积层convolutional输出通道数。修改的`filter`个数有一定要求，按照公式`filters=(classes+5)×3`来设置。这里的`5`代表`x, y, w, h, conf`, 这里的`3`代表分配`3`个anchor。
 *  如果使用 `[Gaussian_yolo]` (Gaussian\_yolov3\_BDD.cfg)，`filters`计算方式不太一样，按照 `filters=(classes + 9)x3`进行计算。
 *  通常来讲，filters的个数计算依赖于类别个数，坐标以及`mask`的个数（`cfg`中的`mask`参数也就是`anchors`的个数）。
    
    举个例子,对于两个目标,你的 `yolo-obj.cfg` 和`yolov3.cfg` 不同的地方应该在每个`[yolo]/[region]`层的下面几行:

[convolutional]
      filters=21
    
      [region]
      classes=2

1.  在`build\darknet\x64\data\`创建文件 `obj.names` , 每行一个类别的名称。
2.  在`build\darknet\x64\data\` 创建`obj.data`, 具体内容如下:

classes= 2 # 你的类别的个数
      train  = data/train.txt # 存储用于训练的图片位置
      valid  = data/test.txt # 存储用于测试的图片的位置
      names = data/obj.names # 每行一个类别的名称
      backup = backup/

1.  将你的图片放在 `build\darknet\x64\data\obj\`文件夹下。
2.  你应该标注你的数据集中的每一张图片，使用`Yolo_mark`这个可视化GUI软件来标注出目标框并且产生标注文件。地址： `https://github.com/AlexeyAB/Yolo_mark`。

软件将会为每一个图像创建一个`txt`文件，并将其放在同一个文件夹中，命名与原图片的名称相同，唯一不同的就是后缀是txt。txt标注文件中每一个目标独占一行，按照`<object-class> <x_center> <y_center> <width> <height>`的格式排布。

具体参数解释：

*  `<object-class>` \-是从 `0` 到 `(classes-1)`的整数，代表具体的类别。
 *  `<x_center> <y_center> <width> <height>` \- 是归一化到`(0.0 to 1.0]`之间的浮点数，都是相对于图片整体的宽和高的一个相对值。
 *  比如: `<x> = <absolute_x> / <image_width>` 或者 `<height> = <absolute_height> / <image_height>`
 *  需要注意的是: `<x_center> <y_center>` \- 是标注框的中心点，而不是左上角。请注意格式。
    
    举个例子，img1.txt中内容如下，代表有两个类别的三个目标：

1 0.716797 0.395833 0.216406 0.147222
      0 0.687109 0.379167 0.255469 0.158333
      1 0.420312 0.395833 0.140625 0.166667

1.  在`build\darknet\x64\data\`文件夹中创建train.txt文件，每行包含的是训练集图片的内容。其路径是相对于 `darknet.exe`的路径或者绝对路径：

data/obj/img1.jpg
      data/obj/img2.jpg
      data/obj/img3.jpg

1.  下载预训练权重，并将其放在 `build\darknet\x64`文件夹中。
    
     *  对于`csresnext50-panet-spp.cfg` (133 MB)：请查看原工程。
     *  对于`yolov3.cfg, yolov3-spp.cfg` (154 MB)：请查看原工程。
     *  对于`yolov3-tiny-prn.cfg , yolov3-tiny.cfg` (6 MB)：请查看原工程。
     *  对于`enet-coco.cfg (EfficientNetB0-Yolov3)`：请查看原工程。
2.  使用以下命令行开始训练: `darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74`。
    
    对于linux用户使用以下命令开始训练: `./darknet detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74` (使用`./darknet` 而不是 `darknet.exe`)。
    
     *  权重文件 `yolo-obj_last.weights` 将会保存在 `build\darknet\x64\backup\` 文件夹中，每100个迭代保存一次。
     *  权重文件`yolo-obj_xxxx.weights` 将会保存在 `build\darknet\x64\backup\` 文件夹中，每1000个迭代保存一次。
     *  如果不想在训练的过程中同步展示loss曲线，请执行以下命令 `darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74 -dont_show`。
     *  如果想在训练过程中查看mAP和Loss曲线，可以使用以下命令：`darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74 -dont_show -mjpeg_port 8090 -map` ，然后在浏览器中打开 URL `http://ip-address:8090` 。
    
    如果想训练的过程中同步显示mAP（每四个epoch进行一次更新），运行命令: `darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74 -map`。
3.  训练结束以后，将会在文件夹`build\darknet\x64\backup\`中得到权重文件 `yolo-obj_final.weights` 。

*  在100次迭代以后，你可以停下来，然后从这个点加载模型继续训练。比如说, 你在2000次迭代以后停止训练，如果你之后想要恢复训练，只需要运行命令： `darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_2000.weights`，而不需要重头开始训练。

**注意**：

1.  如果在训练的过程中，发现`avg`指标变为`nan`，那证明训练过程有误，可能是数据标注越界导致的问题。但是其他指标有`nan`是正常的。
2.  修改`width`,`height`的时候必须要保证两者都能够被32整除。
3.  训练结束后，可以使用以下命令来进行测试：`darknet.exe detector test data/obj.data yolo-obj.cfg yolo-obj_8000.weights`
4.  如果出现`Ouf of memery`问题，那说明显卡的显存不够，你可以通过设置`subdivisions`参数，将其从原来的`16`提高为`32`或者`64`，这样就能降低使用的显存，保证程序正常运行。

### 6.4 训练tiny-yolo ###

训练tiny yolo与以上的训练过程并无明显区别，除了以下几点：

*  下载tiny yolo的预训练权重：`https://pjreddie.com/media/files/yolov3-tiny.weights`
 *  使用以下命令行来获取预训练权重: `darknet.exe partial cfg/yolov3-tiny.cfg yolov3-tiny.weights yolov3-tiny.conv.15 15`， 这里的15代表前15个层，也就是backbone所在的层。
 *  使用的配置文件应该是 `cfg/yolov3-tiny_obj.cfg` 而不是 `yolov3.cfg`
 *  使用以下命令开始训练: `darknet.exe detector train data/obj.data yolov3-tiny-obj.cfg yolov3-tiny.conv.15`

如果想使用其他backbone进行训练比如 DenseNet201-Yolo或者ResNet50-Yolo, 你可以在以下链接中找到:`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/build/darknet/x64/partial.cmd`

如果你采用的是自己设计的backbone,那就无法进行迁移学习，backbone可以直接进行参数随机初始化。

### 6.5 什么时候停止训练 ###

建议为每个类分配至少2000次迭代，但是整体迭代次数不应少于4000次。如果想要更加精准地定义什么时候该停止训练，需要使用以下方法：

1.  训练过程中，你将会看到日志中有很多错误的度量指标，你需要在avg指标不再下降的时候停止训练，如下图所示:

> Region Avg IOU: 0.798363, Class: 0.893232, Obj: 0.700808, No Obj: 0.004567, Avg Recall: 1.000000, count: 8  
> Region Avg IOU: 0.800677, Class: 0.892181, Obj: 0.701590, No Obj: 0.004574, Avg Recall: 1.000000, count: 8
> 
> **9002**: 0.211667, **0.60730 avg**, 0.001000 rate, 3.868000 seconds, 576128 images  
> Loaded: 0.000000 seconds

*  **9002** \- 代表当前的迭代次数。
 *  **0.60730 avg** \- average loss (error) - **这个指标是平均loss, 其越低越好。**
    
    在这个指标不再下降的时候就可以停止训练了。最终的值大概分布在0.05-3.0之间，小而简单的模型通常最终loss比较小，大而复杂的loss可能会比较大。

训练完成后，你就可以从 `darknet\build\darknet\x64\backup` 文件夹中取出比较靠后的几个`weights`文件，并对他们进行测试，选择最好的权重文件。

举个例子，你在`9000`次迭代后停止训练，但最好的权重可能是`7000,8000,9000`次的值。这种情况的出现是由于**过拟合**导致的。**过拟合**是由于过度学习训练集的分布，而降低了模型在测试集的泛化能力。

**Early Stopping Point**示意图:

![Overfitting][]

为了得到在early stopping point处的权重：

2.1 首先，你的obj.data文件中应该含有valid=valid.txt一项，用于测试在验证集的准确率。如果你没有验证集图片，那就直接复制train.txt重命名为valid.txt。

2.2 假如你选择在`9000`次迭代后停止，那可以通过以下命令测试`7000,8000,9000`三个模型的相关指标。选择最高`mAP`或者最高`IoU`的模型最为最终模型。

*  `darknet.exe detector map data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_7000.weights`
 *  `darknet.exe detector map data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_8000.weights`
 *  `darknet.exe detector map data/obj.data yolo-obj.cfg backup\yolo-obj_9000.weights`

或者你可以选择使用`-map`标志符来直接实时测试mAP值：

`darknet.exe detector train data/obj.data yolo-obj.cfg darknet53.conv.74 -map`

然后你就能得到loss曲线和mAP曲线，mAP每4个epoch对验证集进行一次测试，并将结果显示在图中。

![loss\_chart\_map\_chart][loss_chart_map_chart]

指标解释

*  **IoU** (intersect over union) - 平均交并比
 *  **mAP** (mean average precision) - 每个类的平均精度。具体解释请参考之前的文章：[目标检测算法之常见评价指标(mAP)的详细计算方法及代码解析][mAP]

**mAP** 是Pascal VOC竞赛的默认指标，与MS COCO竞赛中的AP50指标是一致的。

Precision和Recall参数在Pascal VOC竞赛中略微不同，但 **IoU 的意义都是相同的**.

![precision\_recall\_iou][precision_recall_iou]

### 6.6 如何在pascal voc2007数据集上计算mAP指标 ###

1.  在VOC2007中计算mAP：

*  下载VOC数据集，安装python并且下载\`\`2007\_test.txt`文件，具体可以参考链接：`https://github.com/AlexeyAB/darknet\#how-to-train-pascal-voc-data\`
 *  下载文件 `https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/scripts/voc_label_difficult.py` 到 `build\darknet\x64\data\` 文件夹，然后运行 `voc_label_difficult.py` 从而得到 `difficult_2007_test.txt`。
 *  将下面voc.data文件中的第四行\#删除
    
        classes= 20
        train  = data/train_voc.txt
        valid  = data/2007_test.txt
        #difficult = data/difficult_2007_test.txt
        names = data/voc.names
        backup = backup/
 *  然后就有两个方法来计算得到mAP:
    
    1.  使用Darknet + Python: 运行 `build/darknet/x64/calc_mAP_voc_py.cmd` ，你将得到 `yolo-voc.cfg` 模型的mAP值, mAP = 75.9%
    2.  直接使用命令: 运行文件 `build/darknet/x64/calc_mAP.cmd` \-你将得到 `yolo-voc.cfg` 模型, 得到mAP = 75.8%
 *  YOLOv3的论文：`https://arxiv.org/pdf/1612.08242v1.pdf`指出对于416x416的YOLOv2，Pascal Voc上的mAP值是76.8%。我们得到的值较低，可能是由于模型在进行检测时的代码略有不同。
 *  如果你想为`tiny-yolo-voc`计算mAP值，将脚本中`tiny-yolo-voc.cfg`取消注释，将`yolo-voc.cfg`注释掉。
 *  如果你是用的是python 2.x 而不是python 3.x, 而且你选择使用Darknet+Python的方式来计算mAP, 那你应该使用 `reval_voc.py` 和 `voc_eval.py` 而不是使用 `reval_voc_py3.py` 和 `voc_eval_py3.py` 。以上脚本来自以下目录：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/tree/master/scripts`。
 *  目标检测的例子：`darknet.exe detector test data/obj.data yolo-obj.cfg yolo-obj_8000.weights`

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0REX1BQX0pK_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0REX1BQX0pK_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

## 7. 如何提升目标检测性能？ ##

1.  训练之前：
    
     *  在`cfg`文件中将`random`设为1：这将在Yolo中使用多尺度训练，会提升检测模型准确率。
     *  在`cfg`文件中把输入分辨率增大(`height=608`, `width=608`或者其他任意32的倍数)：这将提升检测模型准确率。
     *  检查你要检测的每个目标在数据集中是否被标记，数据集中任何目标都不应该没有标签。在大多数训练出问题的情况中基本都是有错误的标签（通过使用某些转换脚本，使用第三方工具标注来获得标签），可以通过`https://github.com/AlexeyAB/Yolo_mark`来检查你的数据集是否全部标注正确。
     *  我的损失函数很高并且mAP很低，训练出错了吗？在训练命令末端使用`-show_imgs` 标志来运行训练，你是否能看到有正确的边界预测框的目标（在窗口或者`aug_...jpg`）？如果没有，训练是发生错误了。
     *  对于你要检测的每个目标，训练数据集中必须至少有一个相似的目标，它们具有大致相同的形状，物体侧面姿态，相对大小，旋转角度，倾斜度，照明度等。理想的是，你的训练数据集包括具有不同比例，旋转角度，照明度，物体侧面姿态和处于不同背景的目标图像，你最好拥有2000张不同的图像，并且至少训练`2000×classes`轮次。
     *  希望你的训练数据集图片包含你不想检测的未标注的目标，也即是无边界框的负样本图片(空的`.txt`文件)，并且负样本图片的数量和带有目标的正样本图片数量最好一样多。
     *  标注目标的最佳方法是：仅仅标记目标的可见部分或者标记目标的可见和重叠部分，或标记比整个目标多一点(有一点间隙)?根据你希望如何检测目标来进行标记。
     *  为了对图片中包含大量目标的数据进行训练，添加`max=200`或者更高的值在你`cfg`文件中`yolo`层或者`region`层的最后一行（YOLOv3可以检测到的目标全局最大数量为`0,0615234375*(width*height)`其中`width`和`height`是在`cfg`文件中的`[net]`部分指定的）。
     *  对于小目标的训练（把图像resize到416x416大小后小于16x16的目标）：设置`layers = -1, 11`而不是`layers=-1, 36`；设置`stride=4`而不是`stride=2`。
     *  对于既有大目标又有小目标的训练使用下面的模型：
        
         *  完整模型（5个yolo层）：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/cfg/yolov3_5l.cfg`。
         *  Tiny模型（3个yolo层）：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/cfg/yolov3-tiny_3l.cfg`。
         *  带空间金字塔池化的完整模型（3个yolo层）：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/cfg/yolov3-spp.cfg`。
     *  如果你要训练模型将左右目标分为单独的类别（左/右手，左/右交通标志），那就禁用翻转的数据扩充方式，即在数据输入部分添加`flip=0`。
     *  一般规则：你的训练数据集应包括一组您想要检测的相对大小的目标，如下：
        
         *  `train_network_width * train_obj_width / train_image_width ~= detection_network_width * detection_obj_width / detection_image_width`
         *  `train_network_height * train_obj_height / train_image_height ~= detection_network_height * detection_obj_height / detection_image_height`
        
        即，对于测试集中的每个目标，训练集中必须至少有一个同类目标和它具有大约相同的尺寸：
        
        `object width in percent from Training dataset` ~= `object width in percent from Test dataset`
        
        也就是说，如果训练集中仅存在占图像比例80%-90%的目标，则训练后的目标检测网络将无法检测到占图像比例为1-10%的目标。
     *  为了加快训练速度（同时会降低检测精度）使用微调而不是迁移学习，在\[net\]下面设置`stopbackward=1`。然后执行下面的命令：`./darknet partial cfg/yolov3.cfg yolov3.weights yolov3.conv.81 81`这将会创建`yolov3.conv.81`文件，然后使用`yolov3.conv.81`文件进行训练而不是`darknet53.conv.74`。
     *  在观察目标的时候，从不同的方向、不同的照明情况、不同尺度、不同的转角和倾斜角度来看，对神经网络来说，它们都是不同的目标。因此，要检测的目标越多，应使用越复杂的网络模型。
     *  为了让检测框更准，你可以在每个`yolo`层添加下面三个参数`ignore_thresh = .9 iou_normalizer=0.5 iou_loss=giou`，这回提高map@0.9，但会降低map@0.5。
     *  当你是神经网络方面的专家时，可以重新计算相对于`width`和`height`的`anchors`：`darknet.exe detector calc_anchors data/obj.data -num_of_clusters 9 -width 416 -height 416`然后在3个`[yolo]`层放置这9个`anchors`。但是你需要修改每个`[yolo]`层的`masks`参数，让第一个`[yolo]`层的`anchors`尺寸大于60x60，第二个`[yolo]`层的`anchors`尺寸大于30x30，剩下就是第三个`[yolo]`层的`mask`。宁外，你需要修改每一个`[yolo]`层前面的`filters=(classes + 5)x<number of mask>`。如果很多计算的`anchors`都找不到合适的层，那还是使用Yolo的默认`anchors`吧。
2.  训练之后：
    
     *  通过在`.cfg`文件中设置（`height=608` and `width=608`）或者（`height=832` and `width=832`）或者任何32的倍数，这会提升准确率并使得对小目标的检测更加容易。
        
         *  没有必要重新训练模型，直接使用用`416x416`分辨率训练出来的`.weights`模型文件。
         *  但是要获得更高的准确率，你应该使用`608x608`或者`832x832`来训练，注意如果`Out of memory`发生了，你应该在`.cfg`文件中增加`subdivisions=16，32，64`。

## 8. 如何标注以及创建标注文件 ##

下面的工程提供了用于标记目标边界框并为YOLO v2&v3 生成标注文件的带图像界面软件，地址为：`https://github.com/AlexeyAB/Yolo_mark`。

例如对于只有两类目标的数据集标注后有以下文件`train.txt`,`obj.names`,`obj.data`,`yolo-obj.cfg`,`air 1-6.txt`,`bird 1-4.txt`，接着配合`train_obj.cmd`就可以使用YOLO v2和YOLO v3来训练这个数据集了。

下面提供了5重常见的目标标注工具：

*  C++实现的：`https://github.com/AlexeyAB/Yolo_mark`
 *  Python实现的：`https://github.com/tzutalin/labelImg`
 *  Python实现的：`https://github.com/Cartucho/OpenLabeling`
 *  C++实现的：`https://www.ccoderun.ca/darkmark/`
 *  JavaScript实现的：`https://github.com/opencv/cvat`

## 9. 使用YOLO9000 ##

同时检测和分类9000个目标：`darknet.exe detector test cfg/combine9k.data cfg/yolo9000.cfg yolo9000.weights data/dog.jpg`

*  `yolo9000.weights`：186Mb的YOLO9000模型需要4G GPU显存，训练好的模型下载地址：`http://pjreddie.com/media/files/yolo9000.weights`。
 *  `yolo9000.cfg`：YOLO9000的c网络结构文件，同时这里也有`9k.tree`和`coco9k.map`文件的路径。
    
        tree=data/9k.tree
        map = data/coco9k.map
    
     *  `9k.tree`：9418个类别的单词数，每一行的形式为`<label> <parent_it>`，如果`parent_id==-1`那么这个标签没有父类别，地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/9k.tree`。
     *  `coco9k.map`：将MSCOCO的80个目标类别映射到`9k.tree`的文件，地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/coco9k.map`。
 *  `combine9k.data`：数据文件，分别是`9k.labels`。`9k.names`，`inet9k.map`的路径（修改`combine9k.train.list`文件的路径为你自己的）。地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/combine9k.data`。
 *  `9k.labels`：9418类目标的标签。地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/9k.labels`。
 *  `9k.names`：9418类目标的名字。地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/9k.names`。
 *  `inet9k.map`：将ImageNet的200个目标类别映射到`9k.tree`的文件，地址为：`https://raw.githubusercontent.com/AlexeyAB/darknet/master/build/darknet/x64/data/inet9k.map`。

## 10. 如何将YOLO作为DLL和SO库进行使用？ ##

*  在Linux上。
    
     *  使用`build.sh` 或者
     *  使用`cmake`编译`darknet` 或者
     *  将`Makefile`重的`LIBSO=0`改为`LIBSO=1`，然后执行`make`编译`darknet`
 *  在Windows上。
    
     *  使用`build.ps1` 或者
     *  使用`cmake`编译`darknet` 或者
     *  使用`build\darknet\yolo_cpp_dll.sln`或`build\darknet\yolo_cpp_dll_no_gpu.sln`解决方法编译`darknet`
 *  这里有两个API：
    
     *  C API：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/include/darknet.h`
        
         *  使用C API的Python例子：
            
             *  `https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/darknet.py`
             *  `https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/darknet_video.py`
     *  C++ API：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/include/yolo_v2_class.hpp`
        
         *  使用C++ API的C++例子：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/src/yolo_console_dll.cpp`

## 11. 附录 ##

1.  为了将Yolo编译成C++的DLL文件`yolo_cpp_dll.dll`：打开`build\darknet\yolo_cpp_dll.sln`解决方案，编译选项选**X64**和**Release**，然后执行Build->Build yolo\_cpp\_dll就，编译的一些前置条件为：

*  安装**CUDA 10.0**。
 *  为了使用cuDNN执行以下步骤：点击工程属性->properties->C+±>Preprocessor->Preprocessor Definitions，然后在开头添加一行`CUDNN`。

1.  在自己的C++工程中将Yolo当成DLL文件使用：打开`build\darknet\yolo_console_dll.sln`解决方案，编译选项选**X64**和**Release**，然后执行Build->Build yolo\_console\_dll：
    
     *  你可以利用Windows资源管理器运行`build\darknet\x64\yolo_console_dll.exe`可执行程序并**使用下面的命令**: `yolo_console_dll.exe data/coco.names yolov3.cfg yolov3.weights test.mp4`
     *  启动控制台应用程序并输入图像文件名后，你将看到每个目标的信息：`<obj_id> <left_x> <top_y> <width> <height> <probability>`
     *  如果要使用OpenCV-GUI你应该将`yolo_console_dll.cpp`中的`//#define OPENCV`取消注释。
     *  你可以看到视频检测例子的源代码，地址为yolo\_console\_dll.cpp的第75行。
    
    `yolo_cpp_dll.dll`\-API：`https://github.com/AlexeyAB/darknet/blob/master/include/yolo_v2_class.hpp`

struct bbox_t {
        unsigned int x, y, w, h;    // (x,y) - top-left corner, (w, h) - width & height of bounded box
        float prob;                    // confidence - probability that the object was found correctly
        unsigned int obj_id;        // class of object - from range [0, classes-1]
        unsigned int track_id;        // tracking id for video (0 - untracked, 1 - inf - tracked object)
        unsigned int frames_counter;// counter of frames on which the object was detected
    };
    
    class Detector {
    public:
            Detector(std::string cfg_filename, std::string weight_filename, int gpu_id = 0);
            ~Detector();
    
            std::vector<bbox_t> detect(std::string image_filename, float thresh = 0.2, bool use_mean = false);
            std::vector<bbox_t> detect(image_t img, float thresh = 0.2, bool use_mean = false);
            static image_t load_image(std::string image_filename);
            static void free_image(image_t m);
    
    #ifdef OPENCV
            std::vector<bbox_t> detect(cv::Mat mat, float thresh = 0.2, bool use_mean = false);
    	std::shared_ptr<image_t> mat_to_image_resize(cv::Mat mat) const;
    #endif
    };

> AlexeyAB版本Darknet链接
> 
> https://github.com/AlexeyAB/darknet

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[img 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200114085239220.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0REX1BQX0pK,size_16,color_FFFFFF,t_70