【机器学习】基于YOLOv10实现你的第一个视觉AI大模型

2024-08-13 14:41:19 浏览数 (1)

一、引言

人工智能的终极形态，应该就是“具身机器人”——像人一样有眼睛（视觉）、耳朵（听觉）、嘴巴（语言）、舌头（味觉）、鼻子（嗅觉）等器官，味觉、嗅觉目前没有大的进展，视觉、听觉、语言能力在科学界与工程界已经取得重大突破：

  • 视觉模型：YOLOv10、LLaVA、Qwen-VL等大语言模型的Vision版本
  • 听觉模型：TTS（文字转语音）、Whisper（ASR，语音转文字）
  • 语言模型：GPT4、LLaMA、Qwen、文心一言等等大语言模型

今天我们讲一下最近大火的YOLOv10（You Only Look Once v10），由清华大学5月23日发布，比YOLOv9在相同性能下延迟减少了46%，参数减少了25%。

二、YOLOv10视觉目标检测—原理概述

2.1 什么是YOLO

YOLO（You Only Look Once）是基于深度神经网络的目标检测算法，用在图像或视频中实时识别和定位多个对象。YOLO的主要特点是速度快且准确度较高，能够在实时场景下实现快速目标检测，被广泛应用于计算机视觉领域，包括实时视频分析、自动驾驶、智能医疗等。 在YOLO出现前，主流算法为R-CNN，可以称之为“二阶段算法”：先锚框，再预测框内的物体。YOLO出现后，可以“一阶段”直接端到端的输出物料和位置。

  • 一阶段算法：模型直接做回归任务，输出目标的概率值和位置坐标。例如：SSD, YOLO，MTCNN等
  • 二阶段算法：首先生成多个锚框，然后利用卷积神经网络输出概率值和位置坐标。例如：R-CNN系列

2.2 YOLO的网络结构

YOLOv10是YOLOv8的改进，这里简单看一下YOLOv8的网络结构：

三、YOLOv10视觉目标检测—训练推理

3.1 YOLOv10安装

3.1.1 克隆项目
代码语言：javascript复制
git clone https://github.com/THU-MIG/yolov10.git
3.1.2 创建conda环境
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conda create -n yolov10 python=3.9
conda activate yolov10
3.1.3 下载并编译依赖

这里推荐使用腾讯pip源，真的很快

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pip install -r requirements.txt -i https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple
pip install -e . -i https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple

3.2 YOLOv10模型推理

3.2.1 模型下载

可以直接点击链接下载：

YOLOv10-N:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10n.pt YOLOv10-S:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10s.pt YOLOv10-M:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10m.pt YOLOv10-B:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10b.pt YOLOv10-L:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10l.pt YOLOv10-X:https://github.com/THU-MIG/yolov10/releases/download/v1.1/yolov10x.pt

3.2.2 WebUI推理

项目根目录下运行：

代码语言：javascript复制
python app.py

执行成功后显示：

报错解决：

我在执行时出现了报错：ImportError: libGL.so.1: cannot open shared object file: No such file or dir

在启动前出现了这个错误，主要因为opencv-python-headless版本导致，重新安装解决

代码语言：javascript复制
pip uninstall opencv-python -y
pip install opencv-python-headless -i https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple

在浏览器输入127.0.0.1:7861，见证奇迹的时刻：

  • 上传图片检测：毫秒级瞬间级就检测出来了
  • 摄像头拍照检测： 人、手机、表均不完整，但可以快速识别，nice！

3.2.3命令行推理

conda环境内用yolo启动，predict参数预测，model用于指定下载好的模型，device指定GPU，source指定要检测的图片。

代码语言：javascript复制
yolo predict model=yolov10n.pt device=2 source=/aigc_dev/yolov10/ultralytics/assets

默认待检测图片存放在yolov10/ultralytics/assets目录下，检测后存放于yolov10/runs/detect/predictxx目录

可以看到，yolov10n在V100显卡下，平均检测时长为78.7ms

官方采用COCO数据集对每种模型进行评测，仅供参考。

检测结果展示：

3.2.4 推理格式转换

项目可以方便的转换为ONNX和TensorRT格式，用于跨平台推理与部署。

代码语言：javascript复制
yolo export model=yolov10n.pt format=onnx opset=13 simplify device=2
yolo predict model=yolov10n.onnx device=2

  • ONNX（Open Neural Network Exchange）是一个开放的格式，用于表示深度学习模型，使得模型可以在不同的框架之间轻松迁移。它支持多种深度学习框架，如PyTorch、TensorFlow、MXNet等，允许开发者在不同的生态系统中选择最合适的工具进行模型训练，然后导出到ONNX格式，以便在其他支持ONNX的平台上进行部署。
  • TensorRT是NVIDIA开发的一个高性能的深度学习推理（Inference）优化器和运行时，专为NVIDIA GPU设计。它接收训练好的模型（支持ONNX等格式），并对其进行优化，生成针对特定GPU硬件的高效执行代码。

3.3 YOLOv10模型训练

yolo不仅提供推理服务，还支持引入数据集进行训练：

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yolo detect train data=coco.yaml model=yolov10s.yaml epochs=100 batch=128 imgsz=640 device=2

detect train为检测训练命令，data指定数据集，默认数据集下载并存放在../datasets/coco，model指定训练模型配置，epochs代表迭代次数，imgsz代表图片缩放大小，batch代表批处理，device为指定GPU设备。

启动后进行COCO数据集的下载，非常庞大，由于服务器无法科学上网，需要下很久，这里不投入时间了，如果感兴趣可以前往COCO - Common Objects in Context 下载。也可以执行上面命令后自动下载。

四、YOLOv10实战：20行代码构建基于YOLOv10的实时视频监控

在根目录下建立run_python.py：

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import cv2
from ultralytics import YOLOv10
model = YOLOv10("yolov10s.pt")
cap = cv2.VideoCapture(0)
while True:
        ret, frame = cap.read()
        if not ret:
                break  # 如果没有读取到帧，退出循环
        results = model.predict(frame)
        # 遍历每个预测结果
        for result in results:
                # 结果中的每个元素对应一张图片的预测
                boxes = result.boxes  # 获取边界框信息
                for box in boxes:
                        x1,y1,x2,y2 = map(int, box.xyxy[0])
                        cls = int(box.cls[0])
                        conf = float(box.conf[0])
                        cv2.rectangle(frame, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 2)
                        cv2.putText(frame, f'{model.names[cls]} {conf:.2f}', (x1, y1 - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255, 0, 0), 2)
        # 显示带有检测结果的帧
        cv2.imshow('YOLOv10实时检测', frame)
        # 按'q'键退出
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                break

# 释放资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

运行后电脑摄像头自动开启，实时检测摄像头内的目标：

感受：由于使用个人mac笔记本，推理性能较差，取中等尺寸的yolov10b.pt模型，推理耗时达到了300-400ms，而对于很多物体，也很难有效识别，比如拿了盒烟，他会判定成一本书。真正应用到生产环境还需要在推理性能和模型训练上深耕。

五、总结

本文​​​​首先介绍视觉模型在人工智能领域的位置，其次对原理概念初步进行说明，之后对推理与训练过程进行详细阐述，最后通过一个实战例子，用极少的代码行数将笔记本电脑的摄像头改装为实时视频监控，目标是让读者通过读完此文，快速上手YOLOv10技术进行物体目标检测，

  • 从应用角度讲，YOLO非常贴合实际应用，很多人基于YOLO创业并产生收益，比如智能驾驶、安全监控、医疗检测等
  • 从研究角度讲，YOLO供发布10个版本，围绕效果和速度进行了频繁的迭代与优化，知识体系非常深入。​​​​​​​
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