yolov4训练自己的数据模型

看了下yolov4的作者给的操作说明，链接如下：https://github.com/AlexeyAB/darknet#how-to-compile-on-linux-using-make，有兴趣的可以去看看，总结起来，跟yolov3的操作方式基本一样，所以现在记录一下这次的整个操作流程。

在几个月前，一直在准备一个项目，那个项目已经让人用lableme这个标注软件标注好了图片，但是直到现在，这个项目依旧还没有动工的苗头，估计是悬了，之前也用标注好的数据进行过yolov3的训练，但是说实话，那时候对于yolov3是一头雾水，只知道按照他人的给的操作流程去做，但是为什么这样做，我是不清楚的，这也导致我自己都不知道当初的训练模型的流程是否正确，现在好了，前段时间把yolov3,ssd学习了，现在来操作，就知道这样操作的原理了，整个操作流程就知道的很详细了，也知道怎么训练自己的数据了，不再茫然。

环境说明：yolo系列一直都有linux版本和windows版本，我看了哈，很明显linux版本更加简单，windows版本还需要搭配vs来操作，光vs这个软件就十几个g,太大了，所以我就采取在ubuntu上训练数据了。

首先，要感谢下面的这篇文章的作者：https://www.cnblogs.com/Assist/p/11091501.html，这篇文章为我梳理了整个思路，这也为我想处理自己的数据，训练自己的模型有了想法。

一般来说，训练coco, vol这些数据集，网上很多教程来进行数据的预处理，但是训练自己的数据，就得自己根据网上的教程来改代码了，因为coco这些数据集的标注文件和图片存储结果可能跟自己的数据都不一样，对于我用labelme来标注的图像来说，每一张图片会对应一个json文件，这个json文件里面拥有这标注的类别坐标这些信息，所以，我这里值将所有图片放到一个文件夹，所有json文件放到一个文件夹，但是为了区分训练数据和val数据，我将json进行了划分，一部分放到了train文件夹，一部分放到了val文件夹，最后整个文件的结构如下：
在这里插入图片描述接下来咱就可以开始正式的数据预处理了，这一块是最麻烦的，我个人觉得哈。我们运行第一个Py文件后，要创建出下面这几个文件夹：

在这里插入图片描述
第一个文件夹用来装xml文件，这个xml文件里面有标签类别，图片的宽高，标签的左上角和右下角坐标这些信息，每一张照片对应一个xml文件，imagesets这个文件夹里面还有一个文件夹：/Main，在这个Main文件夹下面会产生train.txt和val.txt，这些文件里面的信息只是图片的名字，不带.jpg这些后缀的名字，而在JPEGImages里面就是所有图片了。

我们假设这第一个py文件叫convertvoc.py，我下面提供我的代码，大家不能照搬，有些地方要改。

'''author:nike hu'''
# -*- coding: utf-8 -*-

import shutil
import os
import json
import cv2

headstr = """\
<annotation>
    <folder>VOC2007</folder>
    <filename>%06d.jpg</filename>
    <source>
        <database>My Database</database>
        <annotation>PASCAL VOC2007</annotation>
        <image>flickr</image>
        <flickrid>NULL</flickrid>
    </source>
    <owner>
        <flickrid>NULL</flickrid>
        <name>company</name>
    </owner>
    <size>
        <width>%d</width>
        <height>%d</height>
        <depth>%d</depth>
    </size>
    <segmented>0</segmented>
"""
objstr = """\
    <object>
        <name>%s</name>
        <pose>Unspecified</pose>
        <truncated>0</truncated>
        <difficult>0</difficult>
        <bndbox>
            <xmin>%d</xmin>
            <ymin>%d</ymin>
            <xmax>%d</xmax>
            <ymax>%d</ymax>
        </bndbox>
    </object>
"""

tailstr = '''\
</annotation>
'''

# 上面的不用改


def writexml(idx, head, bbxes, tail):
    filename = ("Annotations/%06d.xml" % (idx))
    f = open(filename, "w")
    f.write(head)
    for bbx in bbxes:
        f.write(objstr % (bbx[0], bbx[1], bbx[2], bbx[3], bbx[4]))
        # 这里就是将文件中标签类别，左上角和右下角坐标存进去
    f.write(tail)
    f.close()

# 这个函数不用改
def clear_dir():
    if shutil.os.path.exists(('Annotations')):
        shutil.rmtree(('Annotations'))
    if shutil.os.path.exists(('ImageSets')):
        shutil.rmtree(('ImageSets'))
    if shutil.os.path.exists(('JPEGImages')):
        shutil.rmtree(('JPEGImages'))

    shutil.os.mkdir(('Annotations'))
    shutil.os.makedirs(('ImageSets/Main'))
    shutil.os.mkdir(('JPEGImages'))


def excute_datasets(json_path, tr, idx):
    json_path = os.path.join(json_path, tr)
    json_file = os.listdir(json_path) # 读取文件夹下的所有json文件
    savename = open(('ImageSets/Main/' + tr + '.txt'), 'a') # 写入图片名字
    for file in json_file:
        file_path = os.path.join(json_path, file) # 找到json文件路径
        with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f: # 开始读取json文件
            file_json = json.load(f)
            imagename = file_json["imagePath"].split('\\')[-1] # 找到当前json文件对应的图片名字
            image_path = os.path.join('./images', imagename) # 找到图片的路径，这里根据不一样的情况，也不一样，需要改
            image = cv2.imread(image_path)
            if image is None: # 如果没有这种照片，跳过
                continue
            label_shape_type = file_json['shapes'][0]['shape_type']
            if label_shape_type != 'rectangle': # 暂时不考虑其它形状的标签，在labelme这个软件打标签的时候有rectangle,还有多边形圆形这些，这些需要另外处理
                continue
            head = headstr % (idx, image.shape[1], image.shape[0], image.shape[2])
            # 这里是把对应图片路径，图片长，维度，宽存进去
            shapes = file_json['shapes'] # 这里是存储标签和坐标的位置，是一个列表，列表里面有很多字典，每个字典就代表一个标签
            boxes = []
            for i in range(len(shapes)):
                classname = file_json['shapes'][i]['label'] # 类别
                '''接下来转化类别为英文,因为labelme在标注的时候，为了标注人员的遍历，类别是中文，但是我们训练模型的时候必须是英文，这里就需要转化了，这里得xxxx不代表真的是xxxx，是你自己训练的类别，为了不让我老板看出我做的是他的项目，这里隐藏了'''
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'
                if 'xxxxxxx' in classname:
                    classname = 'xxxxxxx'

                box = [classname, file_json['shapes'][i]['points'][0][0],
                       file_json['shapes'][i]['points'][0][1], file_json['shapes'][i]['points'][1][0],
                       file_json['shapes'][i]['points'][1][1]] # 这里存储的意义是[标签类别， x1,y1, x2, y2]
                boxes.append(box)
            writexml(idx, head, boxes, tailstr)
            cv2.imwrite('JPEGImages/%06d.jpg' % (idx), image)
            savename.write('%06d\n' % (idx))  # 写入图片编号
            idx += 1
    savename.close()
    return idx


if __name__ == '__main__':
    clear_dir()
    idx = 1
    idx = excute_datasets('./jsonhot', 'train', idx) # 其实主要改的地方是这，'./jsonhot'代表json文件的目录
    idx = excute_datasets('./jsonhot', 'val', idx) # 还有这也要改，再就是上面那个函数有个地方也要改
    print('Complete...')

大概需要改的地方我都标注出来了，大家根据自己的实际情况去改上面的代码。上面的代码借鉴了我最上面给的作者的一些代码，毕竟原理都这样，只需要改一改细节上的东西。之前写过一篇文章，在构造xml结构的时候用的是xml这个库区一个一个节点的构造，现在看来，还是直接向上面的代码那样做简单很多。

我们运行这个代码之后，就会达到我们上面说的目的，生成annotations这些文件夹和数据，这个py文件运行完后大家一定要去看看产生了什么数据，不然对后面的操作会懵逼的，接下来，我们要写一个py文件，我们假设这个文件叫getdata.py,我们要达到的目的是：在主目录下生成两个文件夹train.txt和val.txt，这文件名字随意，这两个文件里面存储的是图片的绝对路径，比如：/media/yunyi/file/code/darknet/data/voc/VOCface/JPEGImages/000003.jpg，这个Py文件运行后还会生成一个label文件夹，这个文件夹里面也会生成以图片名称命名的txt文件，这些文件保存的是图片中的标签类别，中心点的x,中心点的y,标签的宽，边框的高，接下来，我们看看代码：

import xml.etree.ElementTree as ET
import pickle
import os
from os import listdir, getcwd
from os.path import join

sets=['train', 'val']#

classes = ['......'] # 这里是你要处理的数据的类别总数

# 这里是将左上角和右下角的坐标转化为中心点和宽高
def convert(size, box):
    dw = 1./size[0]
    dh = 1./size[1]
    x = (box[0] + box[1])/2.0
    y = (box[2] + box[3])/2.0
    w = box[1] - box[0]
    h = box[3] - box[2]
    x = x*dw
    w = w*dw
    y = y*dh
    h = h*dh
    return (x,y,w,h)

def convert_annotation(image_id):
    in_file = open(wd + '/Annotations/%s.xml'%(image_id))
    out_file = open( wd + '/labels/%s.txt'%(image_id), 'w')
    tree=ET.parse(in_file) # 导入xml数据
    root = tree.getroot() # 得到跟节点
    size = root.find('size') # 找到根节点下面的size节点
    w = int(size.find('width').text) # 得到图片的尺寸
    h = int(size.find('height').text)

    for obj in root.iter('object'): # 对根节点下面的'object’节点进行遍历
        difficult = obj.find('difficult').text
        cls = obj.find('name').text
        if cls not in classes or int(difficult) == 1:
            continue
        cls_id = classes.index(cls)
        xmlbox = obj.find('bndbox')
        b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text), float(xmlbox.find('ymax').text))
        bb = convert((w,h), b)
        out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')



if __name__=='__main__':
    wd = getcwd() # 获取当前文件的路径
    wd = wd.replace('\\', '/')
    for image_set in sets: # image_set是train或者val
        if not os.path.exists(wd + '/labels/'): # 创建一个label文件夹来存放图片对应的类别和坐标
            os.makedirs(wd + '/labels/')
        image_ids = open(wd +'/ImageSets/Main/%s.txt' % image_set).read().strip().split()
        list_file = open('%s.txt' % image_set, 'w')
        for image_id in image_ids:
            list_file.write(wd + '/JPEGImages/%s.jpg\n' % image_id)
            convert_annotation(image_id)
        list_file.close()

代码里面很多xml.find()啥的函数，就是找xml里面的节点用的，这些代码，我个人感觉当我们第一个py文件执行之后，这个py文件改一改类别就可以运行了，当然，有可能会出现意外情况，这时候根据不同的报错解决吧，我这反正是没问题的。

好了，最麻烦的预处理弄完了，接下来咱看看怎么配置yolov4了，直接看图片，形象：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这个yolov4.cfg里面，我们一般要更改的就是batchsize，subdivisions， classes,这几个参数，对于filters=255这一行，根据上面的说明进行更改，max_batches = 500200，steps=400000,450000这两行大家根据实际情况看该不该，电脑配置给力就没必要改，配置不行就改一下，一般是改为 max_batches = 2000，steps=1600,1800，大家更改的时候直接ctrl+f进行定位就行。

对cfg文件进行更改之后，我们就要创建两个文件了，比如叫face.data,face.names，名字你随意，在face.data里面，你的内容范本如下：
在这里插入图片描述
classes 就是你的数据的类别总数，train就是你上面getdata.py生成的train.txt文件的路径，这里是相对路径，val同理，names就是刚刚创建的face.names的路径，backup就是训练过程保存模型的路径。至于face.names,里面的内容就是你的类别名字了，类似下面这张：
在这里插入图片描述
做了上面那些工作，终于可以开始训练了，只需要一行命令：./darknet detector train data/xxx.data cfg/yolov4.cfg yolov4.conv.137 -map，其中yolov4.conv.137是预训练模型，需要另外进行下载，我有空去下载好然后分享一下，如果没有这个文件，那么只需要执行./darknet detector train data/xxx.data cfg/yolov4.cfg -map(没有-map也可以)即可，yolov4和yolov3训练的时候区别就出来了，yolov4训练的时候会用一张动态图来显示训练的效果，如下所示：
在这里插入图片描述
至于训练的效果，哎，不提了，我的gtx2060还在学校，现在还没有返校，只能用多年前的笔记本了，这笔记本显卡是720m，但是不知道是不是cuda这些版本没有选择好，yolo不能使用我这台的gpu，以前折腾了很久，最后放弃了，所以，我只能用cpu来跑，但是我这cpu还是四代i5的，跑不动，所以。。。。。。。。没有训练效果。

好了，训练过程终于理清并且写完了，觉得有用的，留个赞再走呗。

补充：刚刚把作者给的预训练模型下载了，免费分享链接如下：https://blog.csdn.net/yapifeitu/article/details/105756274，拿走的时候记得点赞哦。

ps:5.7号用百度的显卡跑了一下yolov3的模型，果然出问题了，最后，补上上面没有说到的地方：我们在训练的时候，对于cfg文件，我们要将test注释掉，类似于下面这种：
在这里插入图片描述哎，就这里没注释然后去跑模型，让我纠结了好久，希望大家后面注意。

5.8号我在aistudio上用上面的tesla v100跑了一个人脸检测的yolov4模型(由于这篇文章涉及到的数据是我老板发钱买来的，不适合放到公开平台去，所以就用公开数据集跑了人脸检测的模型)，显卡给力，跑模型的速度就给力，模型跑的avgloss在3左右后一直在这附近徘徊，知道应该是降不下去多少了，然后把模型下载了，放到自己的的电脑上来测试了几张照片，效果挺不错的，给大家看看效果吧：
在这里插入图片描述
很明显这里误检测了一个地方，其余的16张人脸都检测到了，还别说，那个误检测的还真有些像。