YOLOV7训练自己的数据集以及训练结果分析(手把手教你)

YOLOV7训练自己的数据集整个过程主要包括：环境安装----制作数据集----参数修改----模型测试----模型推理

一：环境安装

conda create -n yolov7 python=3.8
conda activate yolov7
#cuda cudnn torch等版本就不细说了，根据自己的显卡配置自行下载
#v7 guihub代码地址 https://github.com/WongKinYiu/yolov7
git clone https://github.com/WongKinYiu/yolov7.git #下载到本地也行
#cd到v7项目中
conda activate yolov7
pip install -r requirements.txt

二： 制作数据集

labelme标注的数据格式是VOC，而YOLOv7能够直接使用的是YOLO格式的数据，因此下面将介绍如何将自己的数据集转换成可以直接让YOLOv7进行使用。

1. 创建数据集

在data目录下新建Annotations, images, ImageSets, labels 四个文件夹
images目录下存放数据集的图片文件
Annotations目录下存放图片的xml文件（labelImg标注）

其中目录结构如下

.
├── ./data
│   ├── ./data/Annotations
│   │   ├── ./data/Annotations/35.xml
│   │   ├── ./data/Annotations/36.xml
│   │   ├── ...
│   ├── ./data/images
│   │   ├── ./data/images/35.jpg
│   │   ├── ./data/images/36.jpg

│   │   ├── ...
│   ├── ./data/ImageSets
│   └── ./data/labels
│   ├── ./data/coco.yaml
│   ├── ./data/hyp.scratch.p5.yaml
│   ├── ./data/hyp.scratch.p6.yaml
│   ├── ./data/hyp.scratch.tiny.yaml
├── ./cfg
├── ./detect.py
├── ./figure
├── ./hubconf.py
├── ./inference
├── ./models
├── ./README.md
├── ....

2. 按比例划分数据集

在yolov7根目录下新建一个文件splitDataset.py
随机分配训练/验证/测试集图片，代码如下所示：

import os
import random

trainval_percent = 0.9
train_percent = 0.9
xmlfilepath = 'data/Annotations'
txtsavepath = 'data/ImageSets'
total_xml = os.listdir(xmlfilepath)

num = len(total_xml)
list = range(num)
tv = int(num * trainval_percent)
tr = int(tv * train_percent)
trainval = random.sample(list, tv)
train = random.sample(trainval, tr)

ftrainval = open('data/ImageSets/trainval.txt', 'w')
ftest = open('data/ImageSets/test.txt', 'w')
ftrain = open('data/ImageSets/train.txt', 'w')
fval = open('data/ImageSets/val.txt', 'w')

for i in list:
    name = total_xml[i][:-4] + '\n'
    if i in trainval:
        ftrainval.write(name)
        if i in train:
            ftrain.write(name)
        else:
            fval.write(name)
    else:
        ftest.write(name)

ftrainval.close()
ftrain.close()
fval.close()
ftest.close()

3. 将xml文件转换成YOLO系列标准读取的txt文件

在同级目录下再新建一个文件XML2TXT.py
注意classes = [“…”]一定需要填写自己数据集的类别，在这里我是一个类别"fall"，因此classes = [“ship”]，代码如下所示：
如果数据集中的类别比较多不想手敲类别的，可以使用（4）中的脚本直接获取类别，同时还能查看各个类别的数据量，如果不想可以直接跳过（4）。

# -*- coding: utf-8 -*-
# xml解析包
import xml.etree.ElementTree as ET
import pickle
import os
from os import listdir, getcwd
from os.path import join


sets = ['train', 'test', 'val']
classes = ['fall']


# 进行归一化操作
def convert(size, box): # size:(原图w,原图h) , box:(xmin,xmax,ymin,ymax)
    dw = 1./size[0]     # 1/w
    dh = 1./size[1]     # 1/h
    x = (box[0] + box[1])/2.0   # 物体在图中的中心点x坐标
    y = (box[2] + box[3])/2.0   # 物体在图中的中心点y坐标
    w = box[1] - box[0]         # 物体实际像素宽度
    h = box[3] - box[2]         # 物体实际像素高度
    x = x*dw    # 物体中心点x的坐标比(相当于 x/原图w)
    w = w*dw    # 物体宽度的宽度比(相当于 w/原图w)
    y = y*dh    # 物体中心点y的坐标比(相当于 y/原图h)
    h = h*dh    # 物体宽度的宽度比(相当于 h/原图h)
    return (x, y, w, h)    # 返回 相对于原图的物体中心点的x坐标比,y坐标比,宽度比,高度比,取值范围[0-1]


# year ='2012', 对应图片的id（文件名）
def convert_annotation(image_id):
    '''
    将对应文件名的xml文件转化为label文件，xml文件包含了对应的bunding框以及图片长款大小等信息，
    通过对其解析，然后进行归一化最终读到label文件中去，也就是说
    一张图片文件对应一个xml文件，然后通过解析和归一化，能够将对应的信息保存到唯一一个label文件中去
    labal文件中的格式：calss x y w h　　同时，一张图片对应的类别有多个，所以对应的ｂｕｎｄｉｎｇ的信息也有多个
    '''
    # 对应的通过year 找到相应的文件夹，并且打开相应image_id的xml文件，其对应bund文件
    in_file = open('data/Annotations/%s.xml' % (image_id), encoding='utf-8')
    # 准备在对应的image_id 中写入对应的label，分别为
    # <object-class> <x> <y> <width> <height>
    out_file = open('data/labels/%s.txt' % (image_id), 'w', encoding='utf-8')
    # 解析xml文件
    tree = ET.parse(in_file)
    # 获得对应的键值对
    root = tree.getroot()
    # 获得图片的尺寸大小
    size = root.find('size')
    # 如果xml内的标记为空，增加判断条件
    if size != None:
        # 获得宽
        w = int(size.find('width').text)
        # 获得高
        h = int(size.find('height').text)
        # 遍历目标obj
        for obj in root.iter('object'):
            # 获得difficult ？？
            difficult = obj.find('difficult').text
            # 获得类别 =string 类型
            cls = obj.find('name').text
            # 如果类别不是对应在我们预定好的class文件中，或difficult==1则跳过
            if cls not in classes or int(difficult) == 1:
                continue
            # 通过类别名称找到id
            cls_id = classes.index(cls)
            # 找到bndbox 对象
            xmlbox = obj.find('bndbox')
            # 获取对应的bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
            b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text),
                 float(xmlbox.find('ymax').text))
            print(image_id, cls, b)
            # 带入进行归一化操作
            # w = 宽, h = 高， b= bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
            bb = convert((w, h), b)
            # bb 对应的是归一化后的(x,y,w,h)
            # 生成 calss x y w h 在label文件中
            out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')


# 返回当前工作目录
wd = getcwd()
print(wd)


for image_set in sets:
    '''
    对所有的文件数据集进行遍历
    做了两个工作：
　　　　１．将所有图片文件都遍历一遍，并且将其所有的全路径都写在对应的txt文件中去，方便定位
　　　　２．同时对所有的图片文件进行解析和转化，将其对应的bundingbox 以及类别的信息全部解析写到label 文件中去
    　　　　　最后再通过直接读取文件，就能找到对应的label 信息
    '''
    # 先找labels文件夹如果不存在则创建
    if not os.path.exists('data/labels/'):
        os.makedirs('data/labels/')
    # 读取在ImageSets/Main 中的train、test..等文件的内容
    # 包含对应的文件名称
    image_ids = open('data/ImageSets/%s.txt' % (image_set)).read().strip().split()
    # 打开对应的2012_train.txt 文件对其进行写入准备
    list_file = open('data/%s.txt' % (image_set), 'w')
    # 将对应的文件_id以及全路径写进去并换行
    for image_id in image_ids:
        list_file.write('data/images/%s.jpg\n' % (image_id))
        # 调用  year = 年份  image_id = 对应的文件名_id
        convert_annotation(image_id)
    # 关闭文件
    list_file.close()

4. 查看自定义数据集标签类别及数量

在同级目录下再新建一个文件ViewCategory.py，将代码复制进去

import os
from unicodedata import name
import xml.etree.ElementTree as ET
import glob


def count_num(indir):
    label_list = []
    # 提取xml文件列表
    os.chdir(indir)
    annotations = os.listdir('.')
    annotations = glob.glob(str(annotations) + '*.xml')

    dict = {}  # 新建字典，用于存放各类标签名及其对应的数目
    for i, file in enumerate(annotations):  # 遍历xml文件

        # actual parsing
        in_file = open(file, encoding='utf-8')
        tree = ET.parse(in_file)
        root = tree.getroot()

        # 遍历文件的所有标签
        for obj in root.iter('object'):
            name = obj.find('name').text
            if (name in dict.keys()):
                dict[name] += 1  # 如果标签不是第一次出现，则+1
            else:
                dict[name] = 1  # 如果标签是第一次出现，则将该标签名对应的value初始化为1

    # 打印结果
    print("各类标签的数量分别为：")
    for key in dict.keys():
        print(key + ': ' + str(dict[key]))
        label_list.append(key)
    print("标签类别如下：")
    print(label_list)


if __name__ == '__main__':
    # xml文件所在的目录，修改此处
    indir = 'data/Annotations'
    count_num(indir)  # 调用函数统计各类标签数目

至此数据集的准备已经就绪，索引文件在data目录下的train.txt/val.txt/test.txt

5. 完整的数据集文件

images目录下存放数据集的图片文件
Annotations目录下存放图片的xml文件（labelImg标注）
label:txt文件
xx.cache不用在意有没有

三：参数修改

1. 修改模型配置文件

进入cfg/training文件夹，选择需要训练的模型配置文件，这里选择yolov7.yaml，将其中的nc修改为自己的类别数量，这里修改为1（根据自己的类别自定义）

2. 修改数据加载配置文件

在data/文件夹，新建ship.yaml（根据自己的类被自定义）内容如下：

train: ./data/train.txt
val: ./data/val.txt
test: ./data/test.txt

# number of classes
nc: 1

# class names
names: ['ship']

至此，配置文件修改完成

四：模型训练

yolov7仓库中有两个训练脚本，一个叫train.py，一个叫train_aux.py，前者是训练P5的模型，包含yolov7-tiny、yolov7-tiny-silu、yolov7、yolov7x，后者是训练P6的模型，包含yolov7-w6、yolov7-e6、yolov7-d6、yolov7-e6e。
yolov7.yaml 是在3.1修改的
ship.yaml是在3.2新建的
epochs 不用设置那么高 我对自己的数据集就设置了10轮

# 训练P5模型
python train.py --weights yolov7.pt --data data/ship.yaml --epochs 300 --batch-size 8 --cfg cfg/training/yolov7.yaml --workers 0 --device 0 --img-size 640 640
# 训练P6模型
python train_aux.py --weights yolov7-e6e.pt --data data/fall.yaml --epochs 300 --batch-size 8 --cfg cfg/training/yolov7-e6e.yaml --workers 0 --device 0 --img-size 1280 1280

其中，weights是指预训练模型权重，可以去yolov7官方链接下载，指定到相应目录下（推荐），如果没有配置网络可能会存在git不了权重文件
epochs：指的就是训练过程中整个数据集将被迭代多少次,显卡不行你就调小点。
batch-size：一次看完多少张图片才进行权重更新，梯度下降的mini-batch,显卡不行你就调小点。
cfg：存储模型结构的配置文件
data：存储训练、测试数据的文件
img-size：输入图片宽高,显卡不行你就调小点。
data是指数据加载文件路径 –epoch是指模型训练轮次 –batch-size是指一批次输入多少数据一起训练，根据自己显卡的显存决定
cfg是指模型加载文件路径，关于–cfg中的training和deploy可以参考这篇文章：training和deploy的区别
workers是指dataloader同时读取多少个进程，如果num_worker设为0，意味着每一轮迭代时，dataloader不再有自主加载数据到RAM这一步骤（因为没有worker了），而是在RA中找batch，找不到时再加载相应的batch。缺点当然是速度慢。设置为0可以避免一些错误发生
device是指选用几号GPU –img-size是指训练集和测试集图像大小，可选640或1280等
rect是指是否采用矩阵推理的方式去训练模型，采用矩阵推理就不要求送入的训练的图片是正方形 –resume断点续训
evolve超参数进化，模型提供的默认参数是通过在COCO数据集上使用超参数进化得来的
linear-lr利用余弦函数对训练中的学习率进行调整

五：模型推理

训练结束后会在run/train中有如下结果：

用自己的模型进行测试

python detect.py --weights best.pt --source frame22.jpg --device 0

六：结果分析

F1_curve.png

F1分数，它被定义为查准率和召回率的调和平均数

一些多分类问题的机器学习竞赛，常常将F1-score作为最终测评的方法。它是精确率和召回率的调和平均数，最大为1，最小为0。

F1-Score的值是从0到1的，1是最好，0是最差。

这是100epoch得到的F1_curve，说明在置信度为0.4-0.6区间内得到比较好的F1分数

PR_curve.png

PR曲线中的P代表的是precision（精准率），R代表的是recall（召回率），其代表的是精准率与召回率的关系，一般情况下，将recall设置为横坐标，precision设置为纵坐标。PR曲线下围成的面积即AP，所有类别AP平均值即Map.

如果PR图的其中的一个曲线A完全包住另一个学习器的曲线B，则可断言A的性能优于B，当A和B发生交叉时，可以根据曲线下方的面积大小来进行比较。一般训练结果主要观察精度和召回率波动情况（波动不是很大则训练效果较好）

Precision和Recall往往是一对矛盾的性能度量指标；及一个的值越高另一个就低一点；
提高Precision <>提高二分类器预测正例门槛<> 使得二分类器预测的正例尽可能是真实正例；
提高Recall <> 降低二分类器预测正例门槛 < >使得二分类器尽可能将真实的正例挑选

R_curve.png

召回率recall和置信度confidence之间的关系

results.png

Box：Box推测为GIoU损失函数均值，越小方框越准；
Objectness：推测为目标检测loss均值，越小目标检测越准；
Classification：推测为分类loss均值，越小分类越准，本实验为一类所以为0；
Precision：精度（找对的正类/所有找到的正类）；

Recall：真实为positive的准确率，即正样本有多少被找出来了（召回了多少）。

Recall从真实结果角度出发，描述了测试集中的真实正例有多少被二分类器挑选了出来，即真实的正例有多少被该二分类器召回。

val BOX: 验证集bounding box损失

val Objectness：验证集目标检测loss均值

val classification：验证集分类loss均值，本实验为一类所以为0

mAP是用Precision和Recall作为两轴作图后围成的面积，m表示平均，@后面的数表示判定iou为正负样本的阈值，@0.5:0.95表示阈值取0.5:0.05:0.95后取均值。

mAP@.5:.95（mAP@[.5:.95]）
表示在不同IoU阈值（从0.5到0.95，步长0.05）（0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95）上的平均mAP。

mAP@.5：表示阈值大于0.5的平均mAP

一般训练结果主要观察精度和召回率波动情况（波动不是很大则训练效果较好）
然后观察mAP@0.5 & mAP@0.5:0.95 评价训练结果。

tensorboard

tensorboard是可实时观看自己训练数据集效果的可视化工具。

activate yolov7(自己所配的环境名称)
tensorboard --logdir=训练结果所在的文件夹

LOSS

AP值