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YOLOv9

目录

1. 简介

YOLOv9 引入了可编程梯度信息 (PGI) 和广义高效层聚合网络 (GELAN) 等开创性技术,标志着实时目标检测领域的重大进步。该模型在效率、准确性和适应性方面都有显著提高,在 MS COCO 数据集上树立了新的标杆。本例程对​YOLOv9官方开源仓库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。

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1个输出模型推理
  • 支持图片和视频测试

3. 准备模型与数据

建议使用TPU-MLIR编译BModel,在使用TPU-MLIR编译前需要导出ONNX模型。具体可参考YOLOv9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,非ubuntu系统视情况使用yum或其他方式安装
sudo apt install unzip
chmod -R +x scripts/
./scripts/download.sh

执行后,模型保存至models/,测试数据集下载并解压至datasets/test/,精度测试数据集下载并解压至datasets/coco/val2017_1000/,量化数据集下载并解压至datasets/coco128/

下载的模型包括:
./models
├── BM1684
│   ├── yolov9s_fp32_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov9s_int8_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov9s_int8_4b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=4
├── BM1684X
│   ├── yolov9s_fp32_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov9s_fp16_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov9s_int8_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov9s_int8_4b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=4
├── BM1688
│   ├── yolov9s_fp32_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1, num_core=1
│   ├── yolov9s_fp16_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1, num_core=1
│   ├── yolov9s_int8_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1, num_core=1
│   ├── yolov9s_int8_4b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4, num_core=1
│   ├── yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1, num_core=2
│   ├── yolov9s_fp16_1b_2core.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1, num_core=2
│   ├── yolov9s_int8_1b_2core.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1, num_core=2
│   └── yolov9s_int8_4b_2core.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4, num_core=2
├── CV186X
│   ├── yolov9s_fp32_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov9s_fp16_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov9s_int8_1b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov9s_int8_4b.bmodel   # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=4
└── onnx
    ├── yolov9s_1b.onnx      # 导出的动态onnx模型,batch_size=1
    ├── yolov9s_4b.onnx      # 导出的动态onnx模型,batch_size=4
    ├── yolov9s_qtable_fp16       # TPU-MLIR编译时,用于BM1684X/BM1688的INT8 BModel混合精度量化
    ├── yolov9s_qtable_fp32       # TPU-MLIR编译时,用于BM1684的INT8 BModel混合精度量化
    └── yolov9s_qtable_bf16       # TPU-MLIR编译时,用于CV186X的INT8 BModel混合精度量化



下载的数据包括:

./datasets
├── test                                      # 测试图片
├── test_car_person_1080P.mp4                 # 测试视频
├── coco.names                                # coco类别名文件
├── coco128                                   # coco128数据集,用于模型量化
└── coco
    ├── val2017_1000                               # coco val2017_1000数据集:coco val2017中随机抽取的1000张样本
    └── instances_val2017_1000.json                # coco val2017_1000数据集关键点标签文件,用于计算精度评价指标 

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,本例程使用的TPU-MLIR版本是v1.6,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/CV186X),如:

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

​执行上述命令会在models/BM1684下生成yolov9s_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/CV186X),如:

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

​执行上述命令会在models/BM1684X/下生成yolov9s_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/CV186X),如:

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

​执行上述命令会在models/BM1684下生成yolov9s_int8_1b.bmodel等文件,即转换好的INT8 BModel。量化模型出现问题可以参考:Calibration_Guide

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,注意修改数据集(datasets/coco/val2017_1000)和相关参数(conf_thresh=0.001、nms_thresh=0.7)。 然后,使用tools目录下的eval_coco.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:

# 安装pycocotools,若已安装请跳过
pip3 install pycocotools
# 请根据实际情况修改程序路径和json文件路径
python3 tools/eval_coco.py --gt_path datasets/coco/instances_val2017_1000.json --result_json results/yolov9s_fp32_1b.bmodel_val2017_1000_opencv_python_result.json

6.2 测试结果

在coco2017 val数据集上,精度测试结果如下:

测试平台 测试程序 测试模型 AP@IoU=0.5:0.95 AP@IoU=0.5
SE5-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE5-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.436 0.597
SE5-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.436 0.597
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.464 0.630
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.435 0.596
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.435 0.596
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 0.436 0.597
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 0.436 0.597
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.630
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.625
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.625
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.464 0.630
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.463 0.630
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.626
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.626
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.629
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.625
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.625
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.630
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.625
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.625
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.463 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.627
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.627
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 0.462 0.626
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 0.462 0.626
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b_2core.bmodel 0.464 0.630
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b_2core.bmodel 0.461 0.625
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b_2core.bmodel 0.461 0.625
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b_2core.bmodel 0.463 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b_2core.bmodel 0.461 0.627
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b_2core.bmodel 0.461 0.627
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel 0.465 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b_2core.bmodel 0.464 0.630
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b_2core.bmodel 0.462 0.626
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b_2core.bmodel 0.462 0.626
SE9-8 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-8 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.630
SE9-8 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.625
SE9-8 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.625
SE9-8 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-8 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.463 0.630
SE9-8 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 0.461 0.627
SE9-8 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 0.461 0.627
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 0.465 0.630
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 0.464 0.630
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 0.462 0.626
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 0.462 0.626

测试说明

  1. batch_size=4和batch_size=1的模型精度一致;
  2. 由于sdk版本之间可能存在差异,实际运行结果与本表有<0.01的精度误差是正常的;
  3. AP@IoU=0.5:0.95为area=all对应的指标。
  4. 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;

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/yolov9s_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/yolov9s_fp32_1b.bmodel 36.52
BM1684/yolov9s_int8_1b.bmodel 25.69
BM1684/yolov9s_int8_4b.bmodel 18.66
BM1684X/yolov9s_fp32_1b.bmodel 33.77
BM1684X/yolov9s_fp16_1b.bmodel 7.50
BM1684X/yolov9s_int8_1b.bmodel 5.13
BM1684X/yolov9s_int8_4b.bmodel 4.61
BM1688/yolov9s_fp32_1b.bmodel 162.39
BM1688/yolov9s_fp16_1b.bmodel 40.97
BM1688/yolov9s_int8_1b.bmodel 18.25
BM1688/yolov9s_int8_4b.bmodel 17.73
BM1688/yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel 91.24
BM1688/yolov9s_fp16_1b_2core.bmodel 24.95
BM1688/yolov9s_int8_1b_2core.bmodel 12.71
BM1688/yolov9s_int8_4b_2core.bmodel 10.13
CV186X/yolov9s_fp32_1b.bmodel 162.44
CV186X/yolov9s_fp16_1b.bmodel 41.03
CV186X/yolov9s_int8_1b.bmodel 18.28
CV186X/yolov9s_int8_4b.bmodel 17.68

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/coco/val2017_1000,conf_thresh=0.25,nms_thresh=0.7,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 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 6.81 21.85 41.59 5.07
SE5-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 6.83 22.08 32.84 4.95
SE5-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 6.90 24.67 29.09 5.16
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 3.59 2.75 38.77 4.97
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 3.74 2.89 28.09 4.93
SE5-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 3.45 2.56 20.58 4.35
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 4.87 1.55 36.39 8.53
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 4.89 1.55 25.58 8.53
SE5-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 4.76 1.49 18.62 8.49
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 6.74 22.39 39.55 5.40
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 6.80 22.85 13.27 5.38
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 6.80 22.79 10.79 5.33
SE7-32 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 6.83 24.81 10.18 5.41
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 3.12 2.30 36.29 5.42
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 3.10 2.30 10.03 5.46
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 3.10 2.28 7.58 5.42
SE7-32 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 2.94 2.11 6.76 4.88
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 4.31 0.74 33.67 8.64
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 4.33 0.74 7.41 8.65
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 4.36 0.74 4.95 8.64
SE7-32 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 4.19 0.71 4.57 8.59
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 9.53 29.52 169.66 6.86
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 9.36 29.43 48.36 6.93
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 9.38 29.60 25.45 6.87
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 9.44 32.74 24.92 7.43
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp32_1b.bmodel 4.29 4.59 165.88 6.96
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_fp16_1b.bmodel 4.28 4.56 44.27 6.95
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_1b.bmodel 4.28 4.58 21.50 6.90
SE9-16 yolov9_bmcv.py yolov9s_int8_4b.bmodel 4.17 4.27 20.38 6.11
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp32_1b.bmodel 5.88 1.73 162.30 12.06
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 5.86 1.73 40.89 12.05
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 5.90 1.74 18.17 12.06
SE9-16 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 5.74 1.66 17.70 12.01
SE9-16 yolov9_opencv.py yolov9s_fp32_1b_2core.bmodel 9.50 29.87 98.46 6.91
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SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_fp16_1b.bmodel 5.79 1.72 40.94 12.14
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_1b.bmodel 5.75 1.72 18.15 12.15
SE9-8 yolov9_bmcv.soc yolov9s_int8_4b.bmodel 5.62 1.64 17.66 12.10

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;
  4. 图片分辨率对解码时间影响较大,推理结果对后处理时间影响较大,不同的测试图片可能存在较大差异,不同的阈值对后处理时间影响较大。

8. FAQ

请参考FAQ查看一些常见的问题与解答。