基于AX650N/AX620Q部署YOLO-World

一

背景

目标检测是计算机视觉领域一项重要的任务。开集目标检测（Open-set Object Detection）与闭集目标检测（Closed-set Object Detection）是目标检测领域的两个概念。

之前我们已经适配了基于Transformer结构的开集目标检测经典之作：OWL-ViT（Open-World Localization with Vision Transformers）。去年大模型、多模态模型学术界的研究也取得了爆发式的进展，代表作是由IDEA-Research提出的GroundingDINO ，虽然GroundingDINO效果不错，但毕竟是学术界的成果，在边缘侧/端侧AI芯片上部署性能并不容易和理想。

到了2024年，是否学术界/工业级已经迭代出了更快、更强、更易部署的开集目标检测模型了呢？

当然有！它就是接下来走马观花分享的开集目标检测工业级力作：YOLO-World。同时我们还尝试在AX650N、AX620Q上完成端到端的部署，给行业内对边缘侧/端侧部署开集目标检测模型的爱好者提供一种新的思路。

二

YOLO-World介绍

● 官方在线DEMO：

https://www.yoloworld.cc/

● 论文传送门：

https://arxiv.org/pdf/2401.17270

● Github项目：

https://github.com/AILab-CVC/YOLO-World

YOLO-World由Tencent AI Lab、ARC Lab (AI Research Center) at Tencent PCG (Platform and Content Group) 以及华中科技大学电子信息与通信学院（School of EIC, Huazhong University of Science & Technology）合作提出的一个创新的实时开放词汇目标检测方法，它通过结合视觉-语言建模和大规模数据集上的预训练，增强了YOLO（You Only Look Once）检测器的开放词汇检测能力。

YOLO-World的主要贡献和特点包括：

●开放词汇检测能力：YOLO-World能够检测超出预定义类别的更广泛对象，这对于现实世界的复杂场景非常有用，因为现实世界中的对象类别是多样且不断变化的；

● 高效率：YOLO-World在保持高准确度的同时，还实现了高效率的检测，这对于需要实时处理的应用场景（如自动驾驶、监控等）至关重要；

●Re-parameterizable Vision-Language Path Aggregation Network (RepVL-PAN)：提出了一个新的网络结构RepVL-PAN，它通过更好的视觉-语义表示来增强文本和图像特征之间的交互；

●区域-文本对比损失：引入了一种新的区域-文本对比损失函数，以促进模型学习区域和文本之间的对应关系，这对于开放词汇检测的性能至关重要；

● 预训练方案：论文提出了一种有效的预训练方案，通过在大规模检测、定位和图像-文本数据集上进行区域-文本对比学习，将检测数据、定位数据和图像-文本数据统一为区域-文本对；

●零样本性能：在LVIS数据集上的实验结果表明，YOLO-World在零样本设置下取得了35.4的平均精度（AP），同时保持了52.0 FPS的高帧率，这显示了其在大规模词汇检测上的强大能力（精度&速度均领先 GLIP和Grounding DINO）；

●下游任务的适应性：预训练后的YOLO-World在多个下游任务上表现出色，包括对象检测和开放词汇实例分割，这表明了其良好的泛化能力；

●开源代码和模型：论文承诺将预训练的权重和代码开源，以便于更多的实际应用和进一步的研究。

总的来说，YOLO-World的提出为实时目标检测领域带来了新的视角，特别是在处理开放词汇和提高模型泛化能力方面，它的创新方法和优异性能为未来的目标检测研究和应用奠定了基础。

三

爱芯派Pro（AX650N）

搭载爱芯元智第三代高能效比智能视觉芯片AX650N。集成了八核Cortex-A55 CPU，高能效比NPU，支持8K@30fps的ISP，以及H.264、H.265编解码的VPU。接口方面，AX650N支持64bit LPDDR4x，多路MIPI输入，千兆 Ethernet、USB、以及HDMI 2.0b输出，并支持32路1080p@30fps解码内置高算力和超强编解码能力，满足行业对高性能边缘智能计算的需求。通过内置多种深度学习算法，实现视觉结构化、行为分析、状态检测等应用，高效率支持基于Transformer结构的视觉大模型和语言类大模型。提供丰富的开发文档，方便用户进行二次开发。

四

爱芯派Zero（AX620Q）

搭载爱芯元智第四代智能视觉芯片AX620Q，该芯片集成新一代智眸4.0 AI-ISP，最高支持5MP@30fps实时真黑光，同时集成新一代通元4.0高性能、场景优化的NPU引擎，使得产品在低功耗、高画质、智能处理和分析等方面行业领先。提供稳定易用的SDK软件开发包，方便用户低成本评估、二次开发和快速量产。帮助用户在智能家居应用和其他AIoT项目中发挥更大的价值。

五

模型获得

相关材料

为方便大家转换，我们提供一些必要的参考文件：

https://pan.baidu.com/share/init?surl=HIXFkv_OjqbnTx-9WhZ00Q&pwd=y94b

ONNX导出

虽然YOLO World相比Grounding DINO在工业部署上已经方便很多，但由于开集目标检测网络结构必然的复杂性，仍然存在一些Trick值得深究。因此我们熟悉的创新模型部署大佬（ZHEQIUSHUI）贡献了一些微不足道的修改（YOLO -World Optimize，https://github.com/ZHEQIUSHUI/YOLO-World/tree/not_einsum），在不影响精度的情况下，让后续的上板部署更佳便捷。

python环境安装

conda create --name=yolo_world python=py3.9
conda activate yolo_world

其他依赖安装

pip install torch==1.11.0+cpu torchvision==0.12.0+cpu torchaudio==0.11.0 --extra-index-url https://download.pytorch.org/whl/cpu -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install mmcv==2.0.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install mmdet==3.0.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install onnx onnxruntime onnxsim -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install transformer -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install git+https://github.com/lvis-dataset/lvis-api.git -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

YOLO-World安装并下载权重

git clone -b not_einsum --recursive https://github.com/ZHEQIUSHUI/YOLO-World.git
cd YOLO-World
pip install -e . -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
wget https://huggingface.co/wondervictor/YOLO-World/resolve/main/yolo_world_s_clip_base_dual_vlpan_2e-3adamw_32xb16_100e_o365_goldg_train_pretrained-18bea4d2.pth

导出ONNX

python deploy/export_onnx.py configs/pretrain/yolo_world_v2_s_vlpan_bn_2e-3_100e_4x8gpus_obj365v1_goldg_train_lvis_minival.py ./yolo_world_v2_s_obj365v1_goldg_pretrain-55b943ea.pth --custom-text data/texts/coco_class_texts.json --opset 11 --device cpu --model-only --simplify

完成以上操作后，我们将得到yolo_world_v2_s_obj365v1_goldg_pretrain-55b943ea.onnx模型。

六

模型转换

ONNX模型优化

在使用pulsar2工具链转换之前，先对前一步获得的yolo_world_v2_s_xxx.onnx模型进行必要的计算图优化，便于提高模型部署效率。使用onnx_edit.py优化完成后，将获得yolo_world_v2_s_xxx-sub.onnx。

import onnx


input_path = "work_dir/yolo_world_v2_s_obj365v1_goldg_pretrain-55b943ea.onnx"
output_path = "work_dir/yolo_world_v2_s_obj365v1_goldg_pretrain-55b943ea-sub.onnx"
input_names = ["images"]
output_names = [
  "onnx::Reshape_1191",
  "onnx::Reshape_1260",
  "onnx::Reshape_1329",
  
  "onnx::Reshape_1172",
  "onnx::Reshape_1241",
  "onnx::Reshape_1310",
]


onnx.utils.extract_model(input_path, output_path, input_names, output_names)

Pulsar2编译

Pulsar2是新一代AI工具链，包含模型转换、离线量化、模型编译、异构调度四合一超强功能，进一步强化了网络模型高效部署的需求。在针对第三代、第四代NPU架构进行了深度定制优化的同时，也扩展了算子&模型支持的能力及范围，对Transformer结构的网络也有较好的支持。

一键完成图优化、离线量化、编译、对分功能。整个过程耗时不到2分钟，log信息量很大。

qtang@gpux2:$ pulsar2 build --input yolo_world_v2_s_obj365v1_goldg_pretrain-55b943ea-sub.onnx 
--config yolo-world.json 
--output_dir output 
--target_hardware AX650 
--npu_mode NPU3 --output_name yolo_world_s_u8_npu3.axmodel


32 File(s) Loaded.
Building onnx ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 100% 0:00:00
                          Quant Config Table
┏━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┳┓
┃ Input ┃ Shape      ┃ Dataset Directory ┃ Data Format ┃ Tensor Format ┃ Mean      ┃ Std         ┃
┡━━━━━━━━╇━━━━━━━━━━━━━━━━━━╇━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╇━━━━━━━━━━━━━╇┩
│ images │ [1, 3, 640, 640] │ images      │ Image    │ BGR      │ [0.0, 0.0, 0.0] │ [255.0, 255.0, 255.0]│
└────────┴──────────────────┴───────────────────┴─────────────┴┘
Transformer optimize level: 1
32 File(s) Loaded.
[00:55:22] AX Set Float Op Table Pass Running ...     Finished.
[00:55:22] AX Set MixPrecision Pass Running ...      Finished.
[00:55:22] AX Transformer Optimize Pass Running ...    Finished.
[00:55:22] AX Set LN Quant dtype Quant Pass Running ...  Finished.
[00:55:22] AX Topk Operation Format Pass Running ...   Finished.
[00:55:22] AX Reset Mul Config Pass Running ...      Finished.
[00:55:22] AX Refine Operation Config Pass Running ...  Finished.
[00:55:22] AX Tanh Operation Format Pass Running ...   Finished.
[00:55:22] AX Confused Op Refine Pass Running ...     Finished.
[00:55:23] AX Quantization Fusion Pass Running ...    Finished.
[00:55:23] AX Quantization Simplify Pass Running ...   Finished.
[00:55:23] AX Parameter Quantization Pass Running ...   Finished.
Calibration Progress(Phase 1): 100%|██████████████████████| 32/32 [00:26<00:00,  1.23it/s]
Finished.
[0049] AX Quantization Alignment Pass Running ...     Finished.
[0049] AX Refine Int Parameter Pass Running ...       Finished.
Finished.
[0050] AX Passive Parameter Quantization Running ...  Finished.
[0050] AX Parameter Baking Pass Running ...           Finished.
......
Network Quantization Finished.
quant.axmodel export success: 50_output/yolo_world_s/quant/quant_axmodel.onnx
Building native ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 100% 000
......
tiling op...   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 253/253 000
new_ddr_tensor = []
build op serially...   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 613/613 0:00:07
build op...   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 1198/1198 0:00:00
.......
2024-04-11 00:56:03.533 | INFO     | yasched.test_onepass2467 - max_cycle = 4,302,999
build jobs   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 3796/3796 0:00:00
2024-04-11 00:56:08.932 | INFO     | yamain.command.build1110 - fuse 1 subgraph(s)

编译输出的文件，保存在output文件夹中，其中 yolo_world_s_u8_npu3.axmodel将用于在AX650N Demo板上运行。

七

上版部署

AX-Samples

开源项目AX-Samples实现了常见的深度学习开源算法在爱芯元智的AI SoC上的示例代码，方便社区开发者进行快速评估和适配。

最新版本已开始提供AX650系列（AX650A、AX650N）、AX620E系列（AX630C、AX620E）的NPU示例，其中也包含了本文介绍的YOLO-World参考代码。

https://github.com/AXERA-TECH/ax-samples

运行

/opt/test # ./ax_yolo_world -i ssd_horse.jpg -m yolo_world_s_u8_npu3.axmodel
--------------------------------------
model file : yolo_world_s_u8_npu3.axmodel
image file : ssd_horse.jpg
img_h, img_w : 640 640
--------------------------------------
Engine creating handle is done.
Engine creating context is done.
Engine get io info is done.
Engine alloc io is done.
Engine push input is done.
--------------------------------------
post process cost time:3.80 ms
--------------------------------------
Repeat 1 times, avg time 4.52 ms, max_time 4.52 ms, min_time 4.52 ms
--------------------------------------
detection num: 6
17: 98%, [ 216,  71, 420, 374], horse
16: 93%, [ 144, 204, 197, 347], dog
13: 86%, [ 469, 149, 499, 178], bench
 0: 76%, [ 431, 124, 451, 178], person
 0: 74%, [ 271,  13, 348, 236], person
 2: 69%, [  0, 105, 133, 196], car
--------------------------------------

AX650N运行YOLO-World S耗时 ＜5 ms，完全满足实时运行需求。

性能统计

目前我们已经完成了基于AX650N、AX630C、AX620Q芯片平台的YOLO-World适配。

八

结束语

随着Open-Vocabulary Object Detection网络模型的快速发展，越来越多有趣的多模态AI应用将逐渐从云端服务迁移到边缘侧设备和端侧设备。



审核编辑：刘清