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Test-Time Augmentation (TTA)

📚 Questa guida spiega come utilizzare la Test-Time Augmentation (TTA) durante i test e l'inferenza per migliorare mAP e Recall con YOLOv5 🚀.

Prima di iniziare

Clona il repository e installa requirements.txt in un ambiente Python>=3.8.0, incluso PyTorch>=1.8. Modelli e dataset si scaricano automaticamente dall'ultima release di YOLOv5.

git clone https://github.com/ultralytics/yolov5 # clone
cd yolov5
pip install -r requirements.txt # install

Test standard

Prima di provare la TTA, vogliamo stabilire una baseline di prestazioni per il confronto. Questo comando testa YOLOv5x su COCO val2017 con una dimensione dell'immagine di 640 pixel. yolov5x.pt è il modello più grande e accurato disponibile. Altre opzioni sono yolov5s.pt, yolov5m.pt e yolov5l.pt, oppure il tuo checkpoint derivante dall'addestramento su un dataset personalizzato ./weights/best.pt. Per i dettagli su tutti i modelli disponibili, consulta la nostra documentazione YOLOv5.

python val.py --weights yolov5x.pt --data coco.yaml --img 640 --half

Output:

val: data=./data/coco.yaml, weights=['yolov5x.pt'], batch_size=32, imgsz=640, conf_thres=0.001, iou_thres=0.65, task=val, device=, single_cls=False, augment=False, verbose=False, save_txt=False, save_conf=False, save_json=True, project=runs/val, name=exp, exist_ok=False, half=True
YOLOv5 🚀 v5.0-267-g6a3ee7c torch 1.9.0+cu102 CUDA:0 (Tesla P100-PCIE-16GB, 16280.875MB)

Fusing layers...
Model Summary: 476 layers, 87730285 parameters, 0 gradients

val: Scanning '../datasets/coco/val2017' images and labels...4952 found, 48 missing, 0 empty, 0 corrupted: 100% 5000/5000 [00:01<00:00, 2846.03it/s]
val: New cache created: ../datasets/coco/val2017.cache
               Class     Images     Labels          P          R     mAP@.5 mAP@.5:.95: 100% 157/157 [02:30<00:00,  1.05it/s]
                 all       5000      36335      0.746      0.626       0.68       0.49
Speed: 0.1ms pre-process, 22.4ms inference, 1.4ms NMS per image at shape (32, 3, 640, 640)  # <--- baseline speed

Evaluating pycocotools mAP... saving runs/val/exp/yolov5x_predictions.json...
...
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.504  # <--- baseline mAP
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.688
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.75      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.546
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.351
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.551
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.644
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=  1 ] = 0.382
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets= 10 ] = 0.628
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.681  # <--- baseline mAR
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.524
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.735
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.826

Test con TTA

Aggiungi --augment a qualsiasi comando val.py esistente per abilitare la TTA e aumentare la dimensione dell'immagine di circa il 30% per risultati migliori. Tieni presente che l'inferenza con TTA abilitata richiederà solitamente circa 2-3 volte il tempo di un'inferenza normale, poiché le immagini vengono capovolte orizzontalmente ed elaborate a 3 risoluzioni diverse, con gli output uniti prima della NMS. Parte della riduzione della velocità è dovuta semplicemente alle dimensioni maggiori dell'immagine (832 contro 640), mentre parte è dovuta alle effettive operazioni di TTA, quindi assicurati che la tua GPU abbia abbastanza memoria disponibile prima di aumentare --img.

python val.py --weights yolov5x.pt --data coco.yaml --img 832 --augment --half

Output:

val: data=./data/coco.yaml, weights=['yolov5x.pt'], batch_size=32, imgsz=832, conf_thres=0.001, iou_thres=0.6, task=val, device=, single_cls=False, augment=True, verbose=False, save_txt=False, save_conf=False, save_json=True, project=runs/val, name=exp, exist_ok=False, half=True
YOLOv5 🚀 v5.0-267-g6a3ee7c torch 1.9.0+cu102 CUDA:0 (Tesla P100-PCIE-16GB, 16280.875MB)

Fusing layers...
/usr/local/lib/python3.7/dist-packages/torch/nn/functional.py:718: UserWarning: Named tensors and all their associated APIs are an experimental feature and subject to change. Please do not use them for anything important until they are released as stable. (Triggered internally at  /pytorch/c10/core/TensorImpl.h:1156.)
  return torch.max_pool2d(input, kernel_size, stride, padding, dilation, ceil_mode)
Model Summary: 476 layers, 87730285 parameters, 0 gradients
val: Scanning '../datasets/coco/val2017' images and labels...4952 found, 48 missing, 0 empty, 0 corrupted: 100% 5000/5000 [00:01<00:00, 2885.61it/s]
val: New cache created: ../datasets/coco/val2017.cache
               Class     Images     Labels          P          R     mAP@.5 mAP@.5:.95: 100% 157/157 [07:29<00:00,  2.86s/it]
                 all       5000      36335      0.718      0.656      0.695      0.503
Speed: 0.2ms pre-process, 80.6ms inference, 2.7ms NMS per image at shape (32, 3, 832, 832)  # <--- TTA speed

Evaluating pycocotools mAP... saving runs/val/exp-2/yolov5x_predictions.json...
...
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.516  # <--- TTA mAP
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.701
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.75      | area=   all | maxDets=100 ] = 0.562
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.361
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.564
 Average Precision  (AP) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.656
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=  1 ] = 0.388
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets= 10 ] = 0.640
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=   all | maxDets=100 ] = 0.696  # <--- TTA mAR
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= small | maxDets=100 ] = 0.553
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area=medium | maxDets=100 ] = 0.744
 Average Recall     (AR) @[ IoU=0.50:0.95 | area= large | maxDets=100 ] = 0.833

Inferenza con TTA

L'inferenza TTA con detect.py funziona in modo identico alla TTA con val.py: aggiungi semplicemente --augment a qualsiasi comando detect.py esistente:

python detect.py --weights yolov5s.pt --img 832 --source data/images --augment

Output:

YOLOv5 🚀 v5.0-267-g6a3ee7c torch 1.9.0+cu102 CUDA:0 (Tesla P100-PCIE-16GB, 16280.875MB)

Downloading https://github.com/ultralytics/yolov5/releases/download/v5.0/yolov5s.pt to yolov5s.pt...
100% 14.1M/14.1M [00:00<00:00, 81.9MB/s]

Fusing layers...
Model Summary: 224 layers, 7266973 parameters, 0 gradients
image 1/2 /content/yolov5/data/images/bus.jpg: 832x640 4 persons, 1 bus, 1 fire hydrant, Done. (0.029s)
image 2/2 /content/yolov5/data/images/zidane.jpg: 480x832 3 persons, 3 ties, Done. (0.024s)
Results saved to runs/detect/exp
Done. (0.156s)
YOLOv5 test time augmentations

TTA con PyTorch Hub

La TTA è integrata automaticamente in tutti i modelli YOLOv5 PyTorch Hub e può essere utilizzata passando augment=True al momento dell'inferenza.

import torch

# Model
model = torch.hub.load("ultralytics/yolov5", "yolov5s")  # or yolov5m, yolov5x, custom

# Images
img = "https://ultralytics.com/images/zidane.jpg"  # or file, PIL, OpenCV, numpy, multiple

# Inference
results = model(img, augment=True)  # <--- TTA inference

# Results
results.print()  # or .show(), .save(), .crop(), .pandas(), etc.

Personalizzazione

Puoi personalizzare le operazioni di TTA applicate nel metodo forward_augment() di YOLOv5.

Vantaggi della Test-Time Augmentation

La Test-Time Augmentation offre diversi vantaggi chiave per le attività di rilevamento oggetti:

  • Accuratezza migliorata: Come dimostrato nei risultati sopra, la TTA aumenta la mAP da 0,504 a 0,516 e la mAR da 0,681 a 0,696.
  • Migliore rilevamento di oggetti piccoli: La TTA migliora in particolare il rilevamento di oggetti piccoli, con un miglioramento dell'AP per area piccola da 0,351 a 0,361.
  • Maggiore robustezza: Testando molteplici variazioni di ogni immagine, la TTA riduce l'impatto dell'angolo di visuale, dell'illuminazione e di altri fattori ambientali.
  • Implementazione semplice: Richiede solo l'aggiunta del flag --augment ai comandi esistenti.

Il compromesso è un aumento del tempo di inferenza, rendendo la TTA più adatta ad applicazioni in cui l'accuratezza è prioritaria rispetto alla velocità.

Ambienti supportati

Ultralytics fornisce una serie di ambienti pronti all'uso, ciascuno preinstallato con dipendenze essenziali come CUDA, CUDNN, Python e PyTorch, per avviare rapidamente i tuoi progetti.

Stato del progetto

YOLOv5 CI

Questo badge indica che tutti i test di Continuous Integration (CI) di YOLOv5 GitHub Actions vengono superati con successo. Questi test CI verificano rigorosamente la funzionalità e le prestazioni di YOLOv5 su vari aspetti chiave: training, validation, inference, export e benchmarks. Garantiscono un funzionamento coerente e affidabile su macOS, Windows e Ubuntu, con test condotti ogni 24 ore e ad ogni nuovo commit.

Contributors
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