YOLOv7 : ensemble d’astuces entraînables#

Sorti en juillet 2022, YOLOv7 représentait une avancée majeure dans la détection d’objets en temps réel à sa sortie. Il a atteint 56,8 % d’AP sur GPU V100, établissant de nouvelles références lors de son lancement. YOLOv7 a surpassé les détecteurs d’objets contemporains tels que YOLOR, YOLOX, Scaled-YOLOv4 et YOLOv5 en vitesse et en précision. Le modèle est entraîné à partir de zéro sur le jeu de données MS COCO, sans utiliser d’autres jeux de données ni de poids préentraînés. Le code source de YOLOv7 est disponible sur GitHub. Note que des modèles plus récents, comme YOLO11 et YOLO26, ont depuis atteint une précision supérieure avec une efficacité améliorée.

Comparaison des détecteurs d’objets de pointe#

D’après les résultats du tableau comparatif YOLO, nous savons que la méthode proposée offre globalement le meilleur compromis entre vitesse et précision. Si nous comparons YOLOv7-tiny-SiLU à YOLOv5-N (r6.1), notre méthode est 127 fps plus rapide et 10,7 % plus précise en AP. De plus, YOLOv7 atteint 51,4 % d’AP à une fréquence d’images de 161 fps, tandis que PPYOLOE-L, avec la même AP, n’atteint que 78 fps. En termes de nombre de paramètres, YOLOv7 en utilise 41 % de moins que PPYOLOE-L.

Si nous comparons YOLOv7-X, avec une vitesse d’inférence de 114 fps, à YOLOv5-L (r6.1), avec une vitesse d’inférence de 99 fps, YOLOv7-X améliore l’AP de 3,9 %. Comparé à YOLOv5-X (r6.1), de taille similaire, YOLOv7-X est 31 fps plus rapide en inférence. De plus, en termes de nombre de paramètres et de calculs, YOLOv7-X réduit le nombre de paramètres de 22 % et les calculs de 8 % par rapport à YOLOv5-X (r6.1), tout en améliorant l’AP de 2,2 % (Source).

Présentation#

La détection d'objets en temps réel est un composant important de nombreux systèmes de vision par ordinateur, notamment le suivi multi-objets, la conduite autonome, la robotique et l'analyse d'images médicales. Ces dernières années, le développement de la détection d'objets en temps réel s'est concentré sur la conception d'architectures efficaces et l'amélioration de la vitesse d'inférence sur différents CPU, GPU et unités de traitement neuronal (NPU). YOLOv7 prend en charge les GPU mobiles et les GPU, des appareils en périphérie jusqu'au cloud.

Contrairement aux détecteurs d'objets traditionnels en temps réel, qui se concentrent sur l'optimisation de l'architecture, YOLOv7 met l'accent sur l'optimisation du processus d'entraînement. Celle-ci comprend des modules et des méthodes d'optimisation conçus pour améliorer la précision de la détection d'objets sans augmenter le coût d'inférence, un concept appelé « sac d'astuces entraînables ».

Fonctionnalités clés#

YOLOv7 introduit plusieurs fonctionnalités clés :

1. Reparamétrisation du modèle : YOLOv7 propose un modèle reparamétrisé selon une stratégie planifiée, applicable aux couches de différents réseaux et fondée sur le concept de chemin de propagation du gradient.

2. Attribution dynamique des étiquettes : L'entraînement du modèle avec plusieurs couches de sortie soulève un nouveau problème : « Comment attribuer des cibles dynamiques aux sorties des différentes branches ? » Pour le résoudre, YOLOv7 introduit une nouvelle méthode d'attribution des étiquettes, appelée attribution guidée de type « coarse-to-fine lead ».

3. Mise à l'échelle étendue et composée : YOLOv7 propose des méthodes d'« extension » et de « mise à l'échelle composée » pour les détecteurs d'objets en temps réel, afin d'exploiter efficacement les paramètres et les calculs.

4. Efficacité : La méthode proposée par YOLOv7 peut réduire efficacement d'environ 40 % le nombre de paramètres et de 50 % les calculs par rapport aux détecteurs d'objets en temps réel les plus performants, tout en offrant une vitesse d'inférence supérieure et une meilleure précision de détection.

Exemples d'utilisation#

Ultralytics ne publie pas de poids préentraînés yolov7.pt ni de fichiers YAML ultralytics/cfg/models/v7/, et l'entraînement ainsi que l'inférence natifs de YOLOv7 avec PyTorch ne sont pas pris en charge par le package Python Ultralytics. Cependant, tu peux importer dans Ultralytics un point de contrôle YOLOv7 entraîné dans le dépôt YOLOv7 en amont en l'exportant au format ONNX ou TensorRT, comme indiqué ci-dessous.

Exportation ONNX#

Pour utiliser un modèle YOLOv7 ONNX avec Ultralytics :

1. (Facultatif) Installe Ultralytics et exporte un modèle ONNX pour que les dépendances requises soient installées automatiquement :

   pip install ultralytics
   yolo export model=yolo26n.pt format=onnx

2. Exporte le modèle YOLOv7 souhaité à l'aide de l'exportateur du dépôt YOLOv7 :

   git clone https://github.com/WongKinYiu/yolov7
   cd yolov7
   python export.py --weights yolov7-tiny.pt --grid --end2end --simplify --topk-all 100 --iou-thres 0.65 --conf-thres 0.35 --img-size 640 640 --max-wh 640

3. Modifie le graphe du modèle ONNX pour le rendre compatible avec Ultralytics à l'aide du script suivant :

   import numpy as np
   import onnx
   from onnx import helper, numpy_helper
   
   # Load the ONNX model
   model_path = "yolov7/yolov7-tiny.onnx"  # Replace with your model path
   model = onnx.load(model_path)
   graph = model.graph
   
   # Fix input shape to batch size 1
   input_shape = graph.input[0].type.tensor_type.shape
   input_shape.dim[0].dim_value = 1
   
   # Define the output of the original model
   original_output_name = graph.output[0].name
   
   # Create slicing nodes
   sliced_output_name = f"{original_output_name}_sliced"
   
   # Define initializers for slicing (remove the first value)
   start = numpy_helper.from_array(np.array([1], dtype=np.int64), name="slice_start")
   end = numpy_helper.from_array(np.array([7], dtype=np.int64), name="slice_end")
   axes = numpy_helper.from_array(np.array([1], dtype=np.int64), name="slice_axes")
   steps = numpy_helper.from_array(np.array([1], dtype=np.int64), name="slice_steps")
   
   graph.initializer.extend([start, end, axes, steps])
   
   slice_node = helper.make_node(
       "Slice",
       inputs=[original_output_name, "slice_start", "slice_end", "slice_axes", "slice_steps"],
       outputs=[sliced_output_name],
       name="SliceNode",
   )
   graph.node.append(slice_node)
   
   # Define segment slicing
   seg1_start = numpy_helper.from_array(np.array([0], dtype=np.int64), name="seg1_start")
   seg1_end = numpy_helper.from_array(np.array([4], dtype=np.int64), name="seg1_end")
   seg2_start = numpy_helper.from_array(np.array([4], dtype=np.int64), name="seg2_start")
   seg2_end = numpy_helper.from_array(np.array([5], dtype=np.int64), name="seg2_end")
   seg3_start = numpy_helper.from_array(np.array([5], dtype=np.int64), name="seg3_start")
   seg3_end = numpy_helper.from_array(np.array([6], dtype=np.int64), name="seg3_end")
   
   graph.initializer.extend([seg1_start, seg1_end, seg2_start, seg2_end, seg3_start, seg3_end])
   
   # Create intermediate tensors for segments
   segment_1_name = f"{sliced_output_name}_segment1"
   segment_2_name = f"{sliced_output_name}_segment2"
   segment_3_name = f"{sliced_output_name}_segment3"
   
   # Add segment slicing nodes
   graph.node.extend(
       [
           helper.make_node(
               "Slice",
               inputs=[sliced_output_name, "seg1_start", "seg1_end", "slice_axes", "slice_steps"],
               outputs=[segment_1_name],
               name="SliceSegment1",
           ),
           helper.make_node(
               "Slice",
               inputs=[sliced_output_name, "seg2_start", "seg2_end", "slice_axes", "slice_steps"],
               outputs=[segment_2_name],
               name="SliceSegment2",
           ),
           helper.make_node(
               "Slice",
               inputs=[sliced_output_name, "seg3_start", "seg3_end", "slice_axes", "slice_steps"],
               outputs=[segment_3_name],
               name="SliceSegment3",
           ),
       ]
   )
   
   # Concatenate the segments
   concat_output_name = f"{sliced_output_name}_concat"
   concat_node = helper.make_node(
       "Concat",
       inputs=[segment_1_name, segment_3_name, segment_2_name],
       outputs=[concat_output_name],
       axis=1,
       name="ConcatSwapped",
   )
   graph.node.append(concat_node)
   
   # Reshape to [1, -1, 6]
   reshape_shape = numpy_helper.from_array(np.array([1, -1, 6], dtype=np.int64), name="reshape_shape")
   graph.initializer.append(reshape_shape)
   
   final_output_name = f"{concat_output_name}_batched"
   reshape_node = helper.make_node(
       "Reshape",
       inputs=[concat_output_name, "reshape_shape"],
       outputs=[final_output_name],
       name="AddBatchDimension",
   )
   graph.node.append(reshape_node)
   
   # Get the shape of the reshaped tensor
   shape_node_name = f"{final_output_name}_shape"
   shape_node = helper.make_node(
       "Shape",
       inputs=[final_output_name],
       outputs=[shape_node_name],
       name="GetShapeDim",
   )
   graph.node.append(shape_node)
   
   # Extract the second dimension
   dim_1_index = numpy_helper.from_array(np.array([1], dtype=np.int64), name="dim_1_index")
   graph.initializer.append(dim_1_index)
   
   second_dim_name = f"{final_output_name}_dim1"
   gather_node = helper.make_node(
       "Gather",
       inputs=[shape_node_name, "dim_1_index"],
       outputs=[second_dim_name],
       name="GatherSecondDim",
   )
   graph.node.append(gather_node)
   
   # Subtract from 100 to determine how many values to pad
   target_size = numpy_helper.from_array(np.array([100], dtype=np.int64), name="target_size")
   graph.initializer.append(target_size)
   
   pad_size_name = f"{second_dim_name}_padsize"
   sub_node = helper.make_node(
       "Sub",
       inputs=["target_size", second_dim_name],
       outputs=[pad_size_name],
       name="CalculatePadSize",
   )
   graph.node.append(sub_node)
   
   # Build the [2, 3] pad array:
   # 1st row -> [0, 0, 0] (no padding at the start of any dim)
   # 2nd row -> [0, pad_size, 0] (pad only at the end of the second dim)
   pad_starts = numpy_helper.from_array(np.array([0, 0, 0], dtype=np.int64), name="pad_starts")
   graph.initializer.append(pad_starts)
   
   zero_scalar = numpy_helper.from_array(np.array([0], dtype=np.int64), name="zero_scalar")
   graph.initializer.append(zero_scalar)
   
   pad_ends_name = "pad_ends"
   concat_pad_ends_node = helper.make_node(
       "Concat",
       inputs=["zero_scalar", pad_size_name, "zero_scalar"],
       outputs=[pad_ends_name],
       axis=0,
       name="ConcatPadEnds",
   )
   graph.node.append(concat_pad_ends_node)
   
   pad_values_name = "pad_values"
   concat_pad_node = helper.make_node(
       "Concat",
       inputs=["pad_starts", pad_ends_name],
       outputs=[pad_values_name],
       axis=0,
       name="ConcatPadStartsEnds",
   )
   graph.node.append(concat_pad_node)
   
   # Create Pad operator to pad with zeros
   pad_output_name = f"{final_output_name}_padded"
   pad_constant_value = numpy_helper.from_array(
       np.array([0.0], dtype=np.float32),
       name="pad_constant_value",
   )
   graph.initializer.append(pad_constant_value)
   
   pad_node = helper.make_node(
       "Pad",
       inputs=[final_output_name, pad_values_name, "pad_constant_value"],
       outputs=[pad_output_name],
       mode="constant",
       name="PadToFixedSize",
   )
   graph.node.append(pad_node)
   
   # Update the graph's final output to [1, 100, 6]
   new_output_type = onnx.helper.make_tensor_type_proto(
       elem_type=graph.output[0].type.tensor_type.elem_type, shape=[1, 100, 6]
   )
   new_output = onnx.helper.make_value_info(name=pad_output_name, type_proto=new_output_type)
   
   # Replace the old output with the new one
   graph.output.pop()
   graph.output.extend([new_output])
   
   # Save the modified model
   onnx.save(model, "yolov7-ultralytics.onnx")

4. Tu peux ensuite charger le modèle ONNX modifié et exécuter normalement l'inférence avec celui-ci dans Ultralytics :

   from ultralytics import ASSETS, YOLO
   
   model = YOLO("yolov7-ultralytics.onnx", task="detect")
   
   results = model(ASSETS / "bus.jpg")

Exportation TensorRT#

1. Suis les étapes 1 et 2 de la section Exportation ONNX.

2. Installe le package Python TensorRT :

   pip install tensorrt

3. Exécute le script suivant pour convertir le modèle ONNX modifié en moteur TensorRT :

   from ultralytics.utils.export import onnx2engine
   
   onnx2engine("yolov7-ultralytics.onnx", quantize=16)

4. Charge et exécute le modèle dans Ultralytics :

   from ultralytics import ASSETS, YOLO
   
   model = YOLO("yolov7-ultralytics.engine", task="detect")
   
   results = model(ASSETS / "bus.jpg")

Citations et remerciements#

Nous tenons à saluer les auteurs de YOLOv7 pour leurs contributions majeures au domaine de la détection d'objets en temps réel :

@inproceedings{wang2023yolov7,
  title={YOLOv7: Trainable Bag-of-Freebies Sets New State-of-the-Art for Real-Time Object Detectors},
  author={Wang, Chien-Yao and Bochkovskiy, Alexey and Liao, Hong-Yuan Mark},
  booktitle={Proceedings of the IEEE/CVF conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR)},
  pages={7464--7475},
  year={2023}
}

L'article officiel de YOLOv7 a été publié dans CVF 2023 en accès libre, avec une prépublication sur arXiv. Les auteurs ont rendu leurs travaux accessibles au public, et le code source est disponible sur GitHub. Nous saluons leurs efforts pour faire progresser le domaine et rendre leurs travaux accessibles à l'ensemble de la communauté.

FAQ#