YOLOv8 从环境搭建到推理训练

Posted 2023-03-11 河伯187

0、引言

硬件配置：使用Mobaxterm_personal_21.4远程操控3060服务器（Linux系统），CUDA版本11.7。

使用anaconda作为python环境环境，python为3.8版本。（最好使用3.8版本）

本文最终安装的pytorch版本是1.13.1，torchvision版本是0.14.1，其他的依赖库按照requirements.txt文件安装即可。

YOLOv8创新点：🍺🍺🍺 1😃Backbone。使用的依旧是CSP的思想，不过YOLOv5中的C3模块被替换成了C2f模块，实现了进一步的轻量化，同时YOLOv8依旧使用了YOLOv5等架构中使用的SPPF模块； 2😁PAN-FPN。毫无疑问YOLOv8依旧使用了PAN的思想，不过通过对比YOLOv5与YOLOv8的结构图可以看到，YOLOv8将YOLOv5中PAN-FPN上采样阶段中的卷积结构删除了，同时也将C3模块替换为了C2f模块 3😑Decoupled-Head。是不是嗅到了不一样的味道？是的，YOLOv8走向了Decoupled-Head； 4😂Anchor-Free。YOLOv8抛弃了以往的Anchor-Base，使用了Anchor-Free的思想； 5😊损失函数。YOLOv8使用VFL Loss作为分类损失，使用DFL Loss+CIOU Loss作为分类损失； 6😚样本匹配。YOLOv8抛弃了以往的IOU匹配或者单边比例的分配方式，而是使用了Task-Aligned Assigner匹配方式。

1、代码下载

代码连接：

https://github.com/ultralytics/ultralytics

权重连接：

https://github.com/ultralytics/assets/releases

先睹为快：

下载：点击右上角的绿色Code按钮，再点击Download，即可完成代码下载。下载之后导入到服务器端解压。

解压之后如下图所示。

2、环境准备

2.1创建新环境

启动远程软件，进入base环境，创建新环境yolov8。

conda create -n yolov8 python=3.8

激活新环境yolov8。

conda activate yolov8

2.2安装依赖（各种第三方库）

运行requirements.txt文件即可完成对所有库的安装，包括pytorch等众多第三方库。

运行该文件需要先进入到该文件所在的文件夹：cd 各层文件夹。进入所在文件夹之后再运行该文件。

pip install -r requirements.txt -i https://mirrors.bfsu.edu.cn/pypi/web/simple/

2.3安装ultralytics

ultralytics集成了yolo的各种包以及模型等，程序中直接调用。

pip install ultralytics

2.4手动下载权重

虽然在（2）中可以自动下载yolov8n.pt，但是经常打不开，所以给出手动下载连接。

下载链接：https://github.com/ultralytics/assets/releases/download/v0.0.0/yolov8n.pt

位置：拷到yolov8\\ultralytics-main\\ultralytics\\yolo\\v8\\detect\\yolov8n.pt

3、测试运行

操作：首先进入到yolov8\\ultralytics-main\\ultralytics\\yolo\\v8\\detect\\predict.py，运行predict.py

python predict.py

完成测试:

查看结果：

4、训练自己的数据

4.1数据准备

由于本文的实验是进行图像检测，故将数据集放在detect目录下。

操作：在detect文件下新建mydata_tuomin文件夹（可自定义），再在mydata_tuomin目录下新建Annotations, images, ImageSets, labels 四个文件夹。

📌Annotations目录下存放图片的xml文件 📌images目录下存放数据集的图片文件 📌ImageSets 目录之后会在Main文件夹内自动生成train.txt，val.txt，test.txt和trainval.txt四个文件 📌labels目录下存放xml文件转换后的txt标准格式标签

4.2按比例划分数据集

操作：在detect目录下新建一个文件splitDataset.py，运行。

作用：随机分配训练/验证/测试集图片，会在ImageSet 目录下生成四个txt文件，存放训练集、验证集、测试集的划分文件（各集合包含的图片）。

代码如下所示：

import os
import random

trainval_percent = 0.9
train_percent = 0.9
xmlfilepath = 'mydata_tuomin/Annotations'
txtsavepath = 'mydata_tuomin/ImageSets'
total_xml = os.listdir(xmlfilepath)

num = len(total_xml)
list = range(num)
tv = int(num * trainval_percent)
tr = int(tv * train_percent)
trainval = random.sample(list, tv)
train = random.sample(trainval, tr)

ftrainval = open('mydata_tuomin/ImageSets/trainval.txt', 'w')
ftest = open('mydata_tuomin/ImageSets/test.txt', 'w')
ftrain = open('mydata_tuomin/ImageSets/train.txt', 'w')
fval = open('mydata_tuomin/ImageSets/val.txt', 'w')

for i in list:
    name = total_xml[i][:-4] + '\\n'
    if i in trainval:
        ftrainval.write(name)
        if i in train:
            ftrain.write(name)
        else:
            fval.write(name)
    else:
        ftest.write(name)

ftrainval.close()
ftrain.close()
fval.close()
ftest.close()

查看结果：

4.3标签格式转换

由于yolov8使用的labels是txt格式的文件，故需将原始数据集xml格式的标签转换为txt格式。

即将每个xml标注提取box信息为txt格式，每个图像对应一个txt文件，文件每一行为一个目标的信息，包括class, x_center, y_center, width, height格式。

操作：在detect目录下新建一个文件XML2TXT.py，运行。

📌注意代码第11行，classes = ['…']一定需要填写自己数据集的类别，在这里我是三个类别'greenplate','blueplate','face'。 📌如果数据集中的类别不知道或者比较多不想手敲，可以使用4.4中的脚本直接获取类别，如果不需要可以直接跳过4.4。

结果：生成的标签存放在labels目录下，并且在mydata_tuomin目录下生成三个txt文件，文件内是训练集、验证集、测试集的图片路径。

代码如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# xml解析包
import xml.etree.ElementTree as ET
import pickle
import os
from os import listdir, getcwd
from os.path import join


sets = ['train', 'test', 'val']
classes = ['greenplate','blueplate','face']


# 进行归一化操作
def convert(size, box): # size:(原图w,原图h) , box:(xmin,xmax,ymin,ymax)
    dw = 1./size[0]     # 1/w
    dh = 1./size[1]     # 1/h
    x = (box[0] + box[1])/2.0   # 物体在图中的中心点x坐标
    y = (box[2] + box[3])/2.0   # 物体在图中的中心点y坐标
    w = box[1] - box[0]         # 物体实际像素宽度
    h = box[3] - box[2]         # 物体实际像素高度
    x = x*dw    # 物体中心点x的坐标比(相当于 x/原图w)
    w = w*dw    # 物体宽度的宽度比(相当于 w/原图w)
    y = y*dh    # 物体中心点y的坐标比(相当于 y/原图h)
    h = h*dh    # 物体宽度的宽度比(相当于 h/原图h)
    return (x, y, w, h)    # 返回 相对于原图的物体中心点的x坐标比,y坐标比,宽度比,高度比,取值范围[0-1]


# year ='2012', 对应图片的id（文件名）
def convert_annotation(image_id):
  
    # 对应的通过year 找到相应的文件夹，并且打开相应image_id的xml文件，其对应bund文件
    in_file = open('mydata_tuomin/Annotations/%s.xml' % (image_id), encoding='utf-8')
    # 准备在对应的image_id 中写入对应的label，分别为
    # <object-class> <x> <y> <width> <height>
    out_file = open('mydata_tuomin/labels/%s.txt' % (image_id), 'w', encoding='utf-8')
    # 解析xml文件
    tree = ET.parse(in_file)
    # 获得对应的键值对
    root = tree.getroot()
    # 获得图片的尺寸大小
    size = root.find('size')
    # 如果xml内的标记为空，增加判断条件
    if size != None:
        # 获得宽
        w = int(size.find('width').text)
        # 获得高
        h = int(size.find('height').text)
        # 遍历目标obj
        for obj in root.iter('object'):
            # 获得difficult ？？
            difficult = obj.find('difficult').text
            # 获得类别 =string 类型
            cls = obj.find('name').text
            # 如果类别不是对应在我们预定好的class文件中，或difficult==1则跳过
            if cls not in classes or int(difficult) == 1:
                continue
            # 通过类别名称找到id
            cls_id = classes.index(cls)
            # 找到bndbox 对象
            xmlbox = obj.find('bndbox')
            # 获取对应的bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
            b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text),
                 float(xmlbox.find('ymax').text))
            print(image_id, cls, b)
            # 带入进行归一化操作
            # w = 宽, h = 高， b= bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
            bb = convert((w, h), b)
            # bb 对应的是归一化后的(x,y,w,h)
            # 生成 calss x y w h 在label文件中
            out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\\n')


# 返回当前工作目录
wd = getcwd()
print(wd)


for image_set in sets:
    
    # 先找labels文件夹如果不存在则创建
    if not os.path.exists('mydata_tuomin/labels/'):
        os.makedirs('mydata_tuomin/labels/')
    # 读取在ImageSets/Main 中的train、test..等文件的内容
    # 包含对应的文件名称
    image_ids = open('mydata_tuomin/ImageSets/%s.txt' % (image_set)).read().strip().split()
    # 打开对应的2012_train.txt 文件对其进行写入准备
    list_file = open('mydata_tuomin/%s.txt' % (image_set), 'w')
    # 将对应的文件_id以及全路径写进去并换行
    for image_id in image_ids:
        list_file.write('mydata_tuomin/images/%s.jpg\\n' % (image_id))
        # 调用  year = 年份  image_id = 对应的文件名_id
        convert_annotation(image_id)
    # 关闭文件
    list_file.close()

4.4查看自己的数据集标签类别

操作：在detect目录下新建一个文件ViewCategory.py，运行。

代码如下：（文件路径也可以使用绝对路径）

# coding=gbk
import xml.dom.minidom as xmldom
import os

#voc数据集获取所有标签的所有类别数"
annotation_path="/mydata_tuomin/Annotations/"

annotation_names=[os.path.join(annotation_path,i) for i in os.listdir(annotation_path)]

labels = list()
for names in annotation_names:
    xmlfilepath = names
    domobj = xmldom.parse(xmlfilepath)
    # 得到元素对象
    elementobj = domobj.documentElement
    #获得子标签
    subElementObj = elementobj.getElementsByTagName("object")
    for s in subElementObj:
        label=s.getElementsByTagName("name")[0].firstChild.data
        #print(label)
        if label not in labels:
            labels.append(label)
print(labels)

4.5创建数据加载配置文件

操作：在mydata_tuomin文件夹下新建一个tuomin.yaml文件（可以自定义命名），用来存放训练集、验证集、测试集的路径文件（train.txt、val.txt、test.txt），以上三个文件是在步骤4.3中生成的路径文件（存放在mydata_tuomin目录下），然后是目标的类别数目和具体类别列表。

代码如下：❗❗❗注意txt需要使用绝对路径。

train: /home/xxxxxx/Yolov8/ultralyticsmain/ultralytics/yolo/v8/detect/mydata_tuomin/train.txt
val: /home/xxxxxx/Yolov8/ultralyticsmain/ultralytics/yolo/v8/detect/mydata_tuomin/val.txt
test: /home/xxxxxx/Yolov8/ultralyticsmain/ultralytics/yolo/v8/detect/mydata_tuomin/test.txt

# number of classes
nc: 3

# class names
names: ['greenplate', 'blueplate', 'face']

4.6选择模型

在ultralytics/models/v8/目录下是模型的配置文件，提供了n、s、m、l、x版本，逐渐增大（随着架构的增大，训练时间也是逐渐增大），五种模型对比图如下所示。

操作：本文限于硬件配置，采用yolov8s.yaml，接下来只用修改一个参数，把nc改成自己的类别数

代码如下：

# Ultralytics YOLO 馃殌, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes（只需要改这里！！！！！！！）
depth_multiple: 0.33  # scales module repeats
width_multiple: 0.50  # scales convolution channels

# YOLOv8.0s backbone
backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]  # 0-P1/2
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]  # 1-P2/4
  - [-1, 3, C2f, [128, True]]
  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]  # 3-P3/8
  - [-1, 6, C2f, [256, True]]
  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]  # 5-P4/16
  - [-1, 6, C2f, [512, True]]
  - [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]]  # 7-P5/32
  - [-1, 3, C2f, [1024, True]]
  - [-1, 1, SPPF, [1024, 5]]  # 9

# YOLOv8.0s head
head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 6], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 13

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P3
  - [-1, 3, C2f, [256]]  # 17 (P3/8-small)

  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
  - [[-1, 12], 1, Concat, [1]]  # cat head P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 20 (P4/16-medium)

  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
  - [[-1, 9], 1, Concat, [1]]  # cat head P5
  - [-1, 3, C2f, [1024]]  # 23 (P5/32-large)

  - [[15, 18, 21], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P3, P4, P5)

4.7开始训练

输入如下命令开始训练。

yolo task=detect mode=train model=yolov8s.yaml data=mydata_tuomin/tuomin.yaml epochs=100 batch=4

以上参数解释如下： 📌task：选择任务类型，可选['detect', 'segment', 'classify', 'init']。 📌mode: 选择是训练、验证还是预测的任务蕾西 可选['train', 'val', 'predict']。 📌model: 选择yolov8不同的模型配置文件，可选yolov8s.yaml、yolov8m.yaml、yolov8x.yaml等。 📌data: 选择生成的数据集配置文件 📌epochs：指的就是训练过程中整个数据集将被迭代多少次,显卡不行你就调小点。 📌batch：一次看完多少张图片才进行权重更新，梯度下降的mini-batch,显卡不行你就调小点。

查看训练过程：

查看结果：