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# PP-YOLO 模型
## 内容
- [简介](#简介)
- [模型库与基线](#模型库与基线)
- [使用说明](#使用说明)
- [未来工作](#未来工作)
- [附录](#附录)
## 简介
[PP-YOLO](https://arxiv.org/abs/2007.12099)是PaddleDetection优化和改进的YOLOv3的模型，其精度(COCO数据集mAP)和推理速度均优于[YOLOv4](https://arxiv.org/abs/2004.10934)模型，要求使用PaddlePaddle 1.8.4(可使用pip安装) 或适当的[develop版本](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/install/Tables.html#whl-dev)。
PP-YOLO在[COCO](http://cocodataset.org) test-dev2017数据集上精度达到45.9%，在单卡V100上FP32推理速度为72.9 FPS, V100上开启TensorRT下FP16推理速度为155.6 FPS。
PP-YOLO从如下方面优化和提升YOLOv3模型的精度和速度：
- 更优的骨干网络: ResNet50vd-DCN
- 更大的训练batch size: 8 GPUs，每GPU batch_size=24，对应调整学习率和迭代轮数
- [Drop Block](https://arxiv.org/abs/1810.12890)
- [Exponential Moving Average](https://www.investopedia.com/terms/e/ema.asp)
- [IoU Loss](https://arxiv.org/pdf/1902.09630.pdf)
- [Grid Sensitive](https://arxiv.org/abs/2004.10934)
- [Matrix NMS](https://arxiv.org/pdf/2003.10152.pdf)
- [CoordConv](https://arxiv.org/abs/1807.03247)
- [Spatial Pyramid Pooling](https://arxiv.org/abs/1406.4729)
- 更优的预训练模型
## 模型库
### PP-YOLO模型
| 模型 | GPU个数 | 每GPU图片个数 | 骨干网络 | 输入尺寸 | Box APval | Box APtest | V100 FP32(FPS) | V100 TensorRT FP16(FPS) | 模型下载 | 配置文件 |
|:------------------------:|:-------:|:-------------:|:----------:| :-------:| :------------------: | :-------------------: | :------------: | :---------------------: | :------: | :------: |
| YOLOv4(AlexyAB) | - | - | CSPDarknet | 608 | - | 43.5 | 62 | 105.5 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov4_cspdarknet.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/yolov4/yolov4_csdarknet.yml) |
| YOLOv4(AlexyAB) | - | - | CSPDarknet | 512 | - | 43.0 | 83 | 138.4 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov4_cspdarknet.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/yolov4/yolov4_csdarknet.yml) |
| YOLOv4(AlexyAB) | - | - | CSPDarknet | 416 | - | 41.2 | 96 | 164.0 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov4_cspdarknet.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/yolov4/yolov4_csdarknet.yml) |
| YOLOv4(AlexyAB) | - | - | CSPDarknet | 320 | - | 38.0 | 123 | 199.0 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/yolov4_cspdarknet.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/yolov4/yolov4_csdarknet.yml) |
| PP-YOLO | 8 | 24 | ResNet50vd | 608 | 44.8 | 45.2 | 72.9 | 155.6 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO | 8 | 24 | ResNet50vd | 512 | 43.9 | 44.4 | 89.9 | 188.4 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO | 8 | 24 | ResNet50vd | 416 | 42.1 | 42.5 | 109.1 | 215.4 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO | 8 | 24 | ResNet50vd | 320 | 38.9 | 39.3 | 132.2 | 242.2 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO_2x | 8 | 24 | ResNet50vd | 608 | 45.3 | 45.9 | 72.9 | 155.6 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO_2x | 8 | 24 | ResNet50vd | 512 | 44.4 | 45.0 | 89.9 | 188.4 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO_2x | 8 | 24 | ResNet50vd | 416 | 42.7 | 43.2 | 109.1 | 215.4 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
| PP-YOLO_2x | 8 | 24 | ResNet50vd | 320 | 39.5 | 40.1 | 132.2 | 242.2 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo.yml) |
**注意:**
- PP-YOLO模型使用COCO数据集中train2017作为训练集，使用val2017和test-dev2017作为测试集，Box APtest为`mAP(IoU=0.5:0.95)`评估结果。
- PP-YOLO模型训练过程中使用8 GPUs，每GPU batch size为24进行训练，如训练GPU数和batch size不使用上述配置，须参考[FAQ](../../docs/FAQ.md)调整学习率和迭代次数。
- PP-YOLO模型推理速度测试采用单卡V100，batch size=1进行测试，使用CUDA 10.2, CUDNN 7.5.1，TensorRT推理速度测试使用TensorRT 5.1.2.2。
- PP-YOLO模型FP32的推理速度测试数据为使用`tools/export_model.py`脚本导出模型后，使用`deploy/python/infer.py`脚本中的`--run_benchnark`参数使用Paddle预测库进行推理速度benchmark测试结果, 且测试的均为不包含数据预处理和模型输出后处理(NMS)的数据(与[YOLOv4(AlexyAB)](https://github.com/AlexeyAB/darknet)测试方法一致)。
- TensorRT FP16的速度测试相比于FP32去除了`yolo_box`(bbox解码)部分耗时，即不包含数据预处理，bbox解码和NMS(与[YOLOv4(AlexyAB)](https://github.com/AlexeyAB/darknet)测试方法一致)。
- YOLOv4(AlexyAB)模型精度和V100 FP32推理速度数据使用[YOLOv4 github库](https://github.com/AlexeyAB/darknet)提供的单卡V100上精度速度测试数据，V100 TensorRT FP16推理速度为使用[AlexyAB/darknet](https://github.com/AlexeyAB/darknet)库中tkDNN配置于单卡V100，TensorRT 5.1.2.2的测试结果。
- PP-YOLO模型推理速度测试采用单卡V100，batch size=1进行测试，使用CUDA 10.2, CUDNN 7.5.1，TensorRT推理速度测试使用TensorRT 5.1.2.2。
- YOLOv4(AlexyAB)行`模型下载`和`配置文件`为PaddleDetection复现的YOLOv4模型，目前评估精度已对齐，支持finetune，训练精度对齐中，可参见[PaddleDetection YOLOv4 模型](../yolov4/README.md)
### PP-YOLO 移动端模型
| 模型 | GPU个数 | 每GPU图片个数 | 骨干网络 | 输入尺寸 | Box AP50val | Box AP50test | V100 FP32(FPS) | V100 TensorRT FP16(FPS) | 模型下载 | 配置文件 |
|:------------------------:|:-------:|:-------------:|:----------:| :-------:| :--------------------: | : :---------------------: |------------: | :---------------------: | :------: | :------: |
| PP-YOLO_r18vd | 4 | 32 | ResNet18vd | 416 | 47.0 | 47.7 | 401.6 | 724.6 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo_r18vd.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo_r18vd.yml) |
| PP-YOLO_r18vd | 4 | 32 | ResNet18vd | 320 | 43.7 | 44.4 | 478.5 | 791.3 | [下载链接](https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo_r18vd.pdparams) | [配置文件](https://github.com/PaddlePaddle/PaddleDetection/tree/master/configs/ppyolo/ppyolo_r18vd.yml) |
- PP-YOLO_r18vd 模型使用COCO数据集中train2017作为训练集，使用val2017和test-dev2017作为测试集，Box AP50val为`mAP(IoU=0.5)`评估结果。
- PP-YOLO_r18vd 模型训练过程中使用4GPU，每GPU batch size为32进行训练，如训练GPU数和batch size不使用上述配置，须参考[FAQ](../../docs/FAQ.md)调整学习率和迭代次数。
- PP-YOLO_r18vd 模型推理速度测试环境配置和测试方法与PP-YOLO模型一致。
## 使用说明
### 1. 训练
使用8GPU通过如下命令一键式启动训练(以下命令均默认在PaddleDetection根目录运行), 通过`--eval`参数开启训练中交替评估。
```bash
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3,4,5,6,7 python tools/train.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml --eval
```
### 2. 评估
使用单GPU通过如下命令一键式评估模型在COCO val2017数据集效果
```bash
# 使用PaddleDetection发布的权重
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/eval.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams
# 使用训练保存的checkpoint
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/eval.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=output/ppyolo/best_model
```
我们提供了`configs/ppyolo/ppyolo_test.yml`用于评估COCO test-dev2017数据集的效果，评估COCO test-dev2017数据集的效果须先从[COCO数据集下载页](https://cocodataset.org/#download)下载test-dev2017数据集，解压到`configs/ppyolo/ppyolo_test.yml`中`EvalReader.dataset`中配置的路径，并使用如下命令进行评估
```bash
# 使用PaddleDetection发布的权重
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/eval.py -c configs/ppyolo/ppyolo_test.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams
# 使用训练保存的checkpoint
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/eval.py -c configs/ppyolo/ppyolo_test.yml -o weights=output/ppyolo/best_model
```
评估结果保存于`bbox.json`中，将其压缩为zip包后通过[COCO数据集评估页](https://competitions.codalab.org/competitions/20794#participate)提交评估。
**注意:** `configs/ppyolo/ppyolo_test.yml`仅用于评估COCO test-dev数据集，不用于训练和评估COCO val2017数据集。
### 3. 推理
使用单GPU通过如下命令一键式推理图像，通过`--infer_img`指定图像路径，或通过`--infer_dir`指定目录并推理目录下所有图像
```bash
# 推理单张图像
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/infer.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams --infer_img=demo/000000014439_640x640.jpg
# 推理目录下所有图像
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python tools/infer.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams --infer_dir=demo
```
### 4. 推理部署与benchmark
PP-YOLO模型部署及推理benchmark需要通过`tools/export_model.py`导出模型后使用Paddle预测库进行部署和推理，可通过如下命令一键式启动。
```bash
# 导出模型，默认存储于output/ppyolo目录
python tools/export_model.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams
# 预测库推理
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python deploy/python/infer.py --model_dir=output/ppyolo --image_file=demo/000000014439_640x640.jpg --use_gpu=True
```
PP-YOLO模型benchmark测试为不包含数据预处理和网络输出后处理(NMS)的网络结构部分数据，导出模型时须指定`--exlcude_nms`来裁剪掉模型中后处理的NMS部分，通过如下命令进行模型导出和benchmark测试。
```bash
# 导出模型，通过--exclude_nms参数裁剪掉模型中的NMS部分，默认存储于output/ppyolo目录
python tools/export_model.py -c configs/ppyolo/ppyolo.yml -o weights=https://paddlemodels.bj.bcebos.com/object_detection/ppyolo.pdparams --exclude_nms
# FP32 benchmark测试
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python deploy/python/infer.py --model_dir=output/ppyolo --image_file=demo/000000014439_640x640.jpg --use_gpu=True --run_benchmark=True
# TensorRT FP16 benchmark测试
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0 python deploy/python/infer.py --model_dir=output/ppyolo --image_file=demo/000000014439_640x640.jpg --use_gpu=True --run_benchmark=True --run_mode=trt_fp16
```
## 未来工作
1. 发布PP-YOLO-tiny模型
2. 发布更多骨干网络的PP-YOLO模型
## 附录
PP-YOLO模型相对于YOLOv3模型优化项消融实验数据如下表所示。
| 序号 | 模型 | Box APval | Box APtest | 参数量(M) | FLOPs(G) | V100 FP32 FPS |
| :--: | :--------------------------- | :------------------: | :-------------------: | :-------: | :------: | :-----------: |
| A | YOLOv3-DarkNet53 | 38.9 | - | 59.13 | 65.52 | 58.2 |
| B | YOLOv3-ResNet50vd-DCN | 39.1 | - | 43.89 | 44.71 | 79.2 |
| C | B + LB + EMA + DropBlock | 41.4 | - | 43.89 | 44.71 | 79.2 |
| D | C + IoU Loss | 41.9 | - | 43.89 | 44.71 | 79.2 |
| E | D + IoU Aware | 42.5 | - | 43.90 | 44.71 | 74.9 |
| F | E + Grid Sensitive | 42.8 | - | 43.90 | 44.71 | 74.8 |
| G | F + Matrix NMS | 43.5 | - | 43.90 | 44.71 | 74.8 |
| H | G + CoordConv | 44.0 | - | 43.93 | 44.76 | 74.1 |
| I | H + SPP | 44.3 | 45.2 | 44.93 | 45.12 | 72.9 |
| J | I + Better ImageNet Pretrain | 44.8 | 45.2 | 44.93 | 45.12 | 72.9 |
| K | J + 2x Scheduler | 45.3 | 45.9 | 44.93 | 45.12 | 72.9 |
**注意:**
- 精度与推理速度数据均为使用输入图像尺寸为608的测试结果
- Box AP为在COCO train2017数据集训练，val2017和test-dev2017数据集上评估`mAP(IoU=0.5:0.95)`数据
- 推理速度为单卡V100上，batch size=1, 使用上述benchmark测试方法的测试结果，测试环境配置为CUDA 10.2，CUDNN 7.5.1
- [YOLOv3-DarkNet53](../yolov3_darknet.yml)精度38.9为PaddleDetection优化后的YOLOv3模型，可参见[模型库](../../docs/MODEL_ZOO_cn.md)
