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LPRNet

目录

1. 简介

本例程对LPRNet_Pytorch的模型和算法进行移植,使之能在SOPHON BM1684/BM1684X/BM1688/CV186X上进行推理测试。

论文: LPRNet: License Plate Recognition via Deep Neural Networks

LPRNet(License Plate Recognition via Deep Neural Networks),是一种轻量级卷积神经网络,可实现无需进行字符分割的端到端车牌识别。
LPRNet的优点可以总结为如下三点:
(1)LPRNet不需要字符预先分割,车牌识别的准确率高、算法实时性强、支持可变长字符车牌识别。对于字符差异比较大的各国车牌均能够端到端进行训练。
(2)LPRNet是第一个没有使用RNN的实时轻量级OCR算法,能够在各种设备上运行,包括嵌入式设备。
(3)LPRNet具有足够好的鲁棒性,在视角和摄像畸变、光照条件恶劣、视角变化等复杂的情况下,仍表现出较好的识别效果。

avatar

在此非常感谢Sergey Zherzdev、 Alexey Gruzdev、 sirius-ai等人的贡献。

2. 特性

  • 支持BM1688/CV186X(SoC)、BM1684X(x86 PCIe、SoC)、BM1684(x86 PCIe、SoC、arm PCIe)
  • 支持FP32、FP16(BM1684X/BM1688/CV186X)、INT8模型编译和推理
  • 支持基于OpenCV和BMCV预处理的C++推理
  • 支持基于OpenCV和BMCV预处理的Python推理
  • 支持单batch和多batch模型推理
  • 支持图片测试

3. 准备模型与数据

建议使用TPU-MLIR编译BModel,Pytorch模型在编译前要导出成onnx模型。具体可参考LPRNet模型导出

同时,您需要准备用于测试的数据集,如果量化模型,还要准备用于量化的数据集。

​本例程在scripts目录下提供了相关模型和数据的下载脚本download.sh,您也可以自己准备模型和数据集,并参考4. 模型编译进行模型转换。

# 安装unzip,若已安装请跳过
sudo apt install unzip

chmod -R +x scripts/
./scripts/download.sh

执行后,模型保存至models/,数据集下载并解压至datasets/

下载的模型包括:
./models
├── BM1684
│   ├── lprnet_fp32_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的FP32 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_int8_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   └── lprnet_int8_4b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=4,num_core=1
├── BM1684X
│   ├── lprnet_fp32_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP32 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_fp16_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP16 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_int8_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   └── lprnet_int8_4b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=4,num_core=1
├── BM1688
│   ├── lprnet_fp32_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_fp16_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_int8_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1,num_core=1
│   ├── lprnet_int8_4b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4,num_core=1
│   ├── lprnet_fp32_1b_2core.bmodel         # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   ├── lprnet_fp16_1b_2core.bmodel         # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   ├── lprnet_int8_1b_2core.bmodel         # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   └── lprnet_int8_4b_2core.bmodel         # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4,num_core=2
├── CV186X
│   ├── lprnet_fp32_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── lprnet_fp16_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── lprnet_int8_1b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=1
│   ├── lprnet_int8_4b.bmodel               # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=4
│── torch
│   ├── Final_LPRNet_model.pth              # 原始模型
│   └── LPRNet_model_trace.pt               # trace后的JIT模型
└── onnx
    ├── lprnet_1b.onnx                      # 导出的onnx模型,batch_size=1
    └── lprnet_4b.onnx                      # 导出的onnx模型,batch_size=4   


下载的数据包括:
./datasets
├── test                                    # 测试图片
├── test_label.json                         # test测试集的标签文件
├── test_md5                                # 量化数据集(mlir)
└── test_md5_lmdb                           # 用于量化的lmdb数据集(nntc)

模型信息:

原始模型 Final_LPRNet_model.pth
概述 基于ctc的车牌识别模型,支持蓝牌、新能源车牌等中国车牌,可识别字符共67个。
骨干网络 LPRNet
训练集 未说明
运算量 148.75 MFlops
输入数据 [batch_size, 3, 24, 94], FP32,NCHW
输出数据 [batch_size, 68, 18], FP32
前处理 resize,减均值,除方差,HWC->CHW
后处理 ctc_decode

4. 模型编译

导出的模型需要编译成BModel才能在SOPHON TPU上运行,如果使用下载好的BModel可跳过本节。建议使用TPU-MLIR编译BModel。

模型编译前需要安装TPU-MLIR,具体可参考TPU-MLIR环境搭建。安装好后需在TPU-MLIR环境中进入例程目录。使用TPU-MLIR将onnx模型编译为BModel,具体方法可参考《TPU-MLIR快速入门手册》的“3. 编译ONNX模型”(请从算能官网相应版本的SDK中获取)。

  • 生成FP32 BModel

​本例程在scripts目录下提供了TPU-MLIR编译FP32 BModel的脚本,请注意修改gen_fp32bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,并在执行时指定BModel运行的目标平台(支持BM1684/BM1684X/BM1688),如:

./scripts/gen_fp32bmodel_mlir.sh bm1684 #bm1684x/bm1688/cv186x

​执行上述命令会在models/BM1684等文件夹下生成lprnet_fp32_1b.bmodel文件,即转换好的FP32 BModel。

  • 生成FP16 BModel

​本例程在scripts目录下提供了TPU-MLIR编译FP16 BModel的脚本,请注意修改gen_fp16bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,并在执行时指定BModel运行的目标平台(支持BM1684X/BM1688),如:

./scripts/gen_fp16bmodel_mlir.sh bm1684x #bm1688/cv186x

​执行上述命令会在models/BM1684X/等文件夹下生成lprnet_fp16_1b.bmodel文件,即转换好的FP16 BModel。

  • 生成INT8 BModel

​本例程在scripts目录下提供了量化INT8 BModel的脚本,请注意修改gen_int8bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,在执行时输入BModel的目标平台(支持BM1684/BM1684X/BM1688),如:

./scripts/gen_int8bmodel_mlir.sh bm1684 #bm1684x/bm1688/cv186x

​上述脚本会在models/BM1684等文件夹下生成lprnet_int8_1b.bmodel等文件,即转换好的INT8 BModel。

5. 例程测试

6. 精度测试

6.1 测试方法

首先,参考C++例程Python例程推理要测试的数据集,生成预测的json文件。
然后,使用tools目录下的eval_ccpd.py脚本,将测试生成的json文件与测试集标签json文件进行对比,计算出目标检测的评价指标,命令如下:

# 请根据实际情况修改程序路径和json文件路径
python3 tools/eval_ccpd.py --gt_path datasets/test_label.json --result_json cpp/lprnet_bmcv/results/lprnet_fp32_1b.bmodel_test_bmcv_cpp_result.json

6.2 测试结果

在test数据集上,精度测试结果如下:

测试平台 测试程序 测试模型 acc
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.894
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.858
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.881
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.88
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.857
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.865
SE5-16 lprnet_opencv.pcie lprnet_fp32_1b.bmodel 0.88
SE5-16 lprnet_opencv.pcie lprnet_int8_1b.bmodel 0.857
SE5-16 lprnet_opencv.pcie lprnet_int8_4b.bmodel 0.869
SE5-16 lprnet_bmcv.pcie lprnet_fp32_1b.bmodel 0.88
SE5-16 lprnet_bmcv.pcie lprnet_int8_1b.bmodel 0.857
SE5-16 lprnet_bmcv.pcie lprnet_int8_4b.bmodel 0.869
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.894
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.894
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.867
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.88
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.861
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.88
SE7-32 lprnet_opencv.pcie lprnet_fp32_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_opencv.pcie lprnet_fp16_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_opencv.pcie lprnet_int8_1b.bmodel 0.861
SE7-32 lprnet_opencv.pcie lprnet_int8_4b.bmodel 0.872
SE7-32 lprnet_bmcv.pcie lprnet_fp32_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_bmcv.pcie lprnet_fp16_1b.bmodel 0.882
SE7-32 lprnet_bmcv.pcie lprnet_int8_1b.bmodel 0.861
SE7-32 lprnet_bmcv.pcie lprnet_int8_4b.bmodel 0.872
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.894
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.894
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.886
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.909
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.895
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.895
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.878
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.907
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.894
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 0.894
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.879
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.895
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.895
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 0.895
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.878
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.894

测试说明

  1. 由于sdk版本之间可能存在差异,实际运行结果与本表有<1%的精度误差是正常的;
  2. LPRNet网络中包含mean算子,会把所有batch数据加和求平均,当多batch推理时,同一张图片在不同的batch组合中可能会有不同的推理结果。
  3. 在搭载了相同TPU和SOPHONSDK的PCIe或SoC平台上,相同程序的精度一致,SE5系列对应BM1684,SE7系列对应BM1684X,SE9系列中,SE9-16对应BM1688,SE9-8对应CV186X;
  4. BM1688 1core和BM1688 2core的模型精度基本一致;

7. 性能测试

7.1 bmrt_test

使用bmrt_test测试模型的理论性能:

# 请根据实际情况修改要测试的bmodel路径和devid参数
bmrt_test --bmodel models/BM1684/lprnet_fp32_1b.bmodel

测试结果中的calculate time就是模型推理的时间,多batch size模型应当除以相应的batch size才是每张图片的理论推理时间。 测试各个模型的理论推理时间,结果如下:

测试模型 calculate time(ms)
BM1684/lprnet_fp32_1b.bmodel 1.144
BM1684/lprnet_int8_1b.bmodel 1.070
BM1684/lprnet_int8_4b.bmodel 0.304
BM1684X/lprnet_fp32_1b.bmodel 0.883
BM1684X/lprnet_fp16_1b.bmodel 0.585
BM1684X/lprnet_int8_1b.bmodel 0.507
BM1684X/lprnet_int8_4b.bmodel 0.259
BM1688/lprnet_fp32_1b.bmodel 2.287
BM1688/lprnet_fp32_1b_2core.bmodel 2.275
BM1688/lprnet_fp16_1b.bmodel 0.839
BM1688/lprnet_fp16_1b_2core.bmodel 0.839
BM1688/lprnet_int8_1b.bmodel 0.550
BM1688/lprnet_int8_1b_2core.bmodel 0.536
BM1688/lprnet_int8_4b.bmodel 0.331
BM1688/lprnet_int8_4b_2core.bmodel 0.330
CV186X/lprnet_fp32_1b.bmodel 2.60
CV186X/lprnet_fp16_1b.bmodel 1.10
CV186X/lprnet_int8_1b.bmodel 0.68
CV186X/lprnet_int8_4b.bmodel 0.45

测试说明

  1. 性能测试结果具有一定的波动性;
  2. calculate time已折算为平均每张图片的推理时间;
  3. SoC和PCIe的测试结果基本一致

7.2 程序运行性能

参考C++例程Python例程运行程序,并查看统计的解码时间、预处理时间、推理时间、后处理时间。C++和Python例程打印的时间已经折算为单张图片的处理时间。

在不同的测试平台上,使用不同的例程、模型测试datasets/test,性能测试结果如下:

测试平台 测试程序 测试模型 decode_time preprocess_time inference_time postprocess_time
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.5 0.14 2.33 0.13
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.48 0.15 1.35 0.14
SE5-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.32 0.08 0.45 0.06
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.6 0.33 2.01 0.15
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.66 0.35 1.07 0.15
SE5-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.45 0.25 0.33 0.06
SE5-16 lprnet_opencv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.537 0.211 1.642 0.072
SE5-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.696 0.277 0.656 0.077
SE5-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.46 0.695 0.232 0.048
SE5-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 1.629 0.283 1.664 0.08
SE5-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 1.627 0.285 0.661 0.075
SE5-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 1.184 0.647 0.233 0.047
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.39 0.11 1.50 0.11
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.37 0.10 1.16 0.10
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.37 0.11 1.09 0.10
SE7-32 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.28 0.08 0.49 0.06
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.74 0.31 1.32 0.13
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.71 0.31 0.99 0.13
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.73 0.31 0.93 0.13
SE7-32 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.53 0.26 0.38 0.06
SE7-32 lprnet_opencv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.34 0.15 0.83 0.05
SE7-32 lprnet_opencv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 0.35 0.15 0.53 0.05
SE7-32 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.34 0.15 0.45 0.05
SE7-32 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.35 0.14 0.25 0.04
SE7-32 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.63 0.10 0.83 0.05
SE7-32 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 0.62 0.10 0.53 0.05
SE7-32 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.62 0.10 0.45 0.05
SE7-32 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.61 0.08 0.25 0.04
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.54 0.15 3.06 0.15
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.54 0.16 1.71 0.15
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.54 0.16 1.38 0.15
SE9-16 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.39 0.10 0.65 0.08
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 2.26 0.88 3.01 0.21
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 2.28 0.88 1.58 0.21
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 2.26 0.88 1.29 0.21
SE9-16 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 1.84 0.71 0.52 0.09
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 1.53 1.11 2.31 0.10
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 1.54 1.12 0.88 0.10
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 1.51 1.12 0.57 0.10
SE9-16 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 1.33 1.04 0.36 0.69
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 2.17 0.69 2.34 0.09
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 2.17 0.68 0.89 0.09
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 2.12 0.68 0.59 0.09
SE9-16 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 1.84 0.59 0.36 0.07
SE9-8 lprnet_opencv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 0.54 0.16 3.39 0.15
SE9-8 lprnet_opencv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 0.54 0.15 1.91 0.15
SE9-8 lprnet_opencv.py lprnet_int8_1b.bmodel 0.53 0.15 1.49 0.15
SE9-8 lprnet_opencv.py lprnet_int8_4b.bmodel 0.38 0.11 0.76 0.08
SE9-8 lprnet_bmcv.py lprnet_fp32_1b.bmodel 1.60 0.73 3.25 0.20
SE9-8 lprnet_bmcv.py lprnet_fp16_1b.bmodel 1.57 0.71 1.73 0.20
SE9-8 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_1b.bmodel 1.65 0.73 1.35 0.20
SE9-8 lprnet_bmcv.py lprnet_int8_4b.bmodel 1.17 0.56 0.62 0.09
SE9-8 lprnet_opencv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 0.82 0.37 2.47 0.09
SE9-8 lprnet_opencv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 0.79 0.37 0.98 0.09
SE9-8 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 0.80 0.37 0.56 0.08
SE9-8 lprnet_opencv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 0.71 0.31 0.42 0.07
SE9-8 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp32_1b.bmodel 1.26 0.44 2.47 0.08
SE9-8 lprnet_bmcv.soc lprnet_fp16_1b.bmodel 1.25 0.45 0.98 0.08
SE9-8 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_1b.bmodel 1.20 0.45 0.56 0.08
SE9-8 lprnet_bmcv.soc lprnet_int8_4b.bmodel 1.10 0.36 0.42 0.06

测试说明

  1. 时间单位均为毫秒(ms),统计的时间均为平均每张图片处理的时间;
  2. 性能测试结果具有一定的波动性,建议多次测试取平均值;
  3. SE5-16/SE7-32的主控处理器均为8核[email protected],SE9-16的主控处理器为8核[email protected],SE9-8为6核[email protected],PCIe上的性能由于处理器的不同可能存在较大差异。