深度学习模型DNN部署到安卓(移动)设备上——pytorch->onnx->ncnn->Android

最近,由于实验要求,我需要把在服务器上训练好的pytorch模型预训练.pth文件部署到安卓端测试推理时间,但是一直不知道应该怎么转变模型和部署,查了很多资料,遇到了很多问题,在同学的帮助下,尝试成功。

我简单记录一下整个部署流程,希望可以帮助想要尝试的同志们,同时,如果之后还需要部署相同项目的时候,我还可以参考这篇笔记。

一共有四个部分,pytorch->onnx->ncnn->Android

1.pytorch->onnx
(1)安装onnx和onnxruntime
onnx: pip install onnx
onnxruntime:
CPU版本:pip install onnxruntime
GPU版本:pip install onnxruntime-gpu
我使用的是gpu版本,在服务器上安装的

(2)pytorch->onnx
1)我使用pytorch生成了预训练的pth文件,把这个文件转换成onnx文件,只需要一个函数:

#导出onnx文件
torch_out = torch.onnx._export(model, x, output_onnx, export_params=True, verbose=False, input_names=input_names, output_names=output_names)

参数:
model :torch模型 pth文件
x:模型的输入 tensor
output_onnx:模型输出位置和文件 如:“resnet.onnx”
export_params:bool,default=True true表示导出trained model。默认即可

注意:在这个函数之前一定先使用model.eval()

2)onnxruntime加载onnx模型测试

import onnx
model = onnx.load("model.onnx
<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何在OpenCV中加载和使用自定义的ONNX格式深度学习模型的问题。首先,我得回顾一下用户之前的提问和我的回答,确保这次回答能保持一致并提供更多有用的信息。 用户之前询问了LoFTR和SIFT的性能差异,我详细比较了它们的算法原理、性能指标、实践差异以及选择建议,并提供了代码示例。现在用户的新问题是在OpenCV中部署自定义的ONNX模型,这涉及到OpenCV的DNN模块使用,可能还需要模型转换和预处理步骤。 首先,我需要确认用户提到的引用内容是否相关。引用中的内容主要是关于Caffe、模型转换工具(如paddle2onnx、YOLOv8导出到NCNN)以及其他ML工具,但用户现在的焦点是OpenCV和ONNX。需要确保回答专注于OpenCV加载ONNX的步骤,同时可能涉及模型导出到ONNX的简要说明,但主要应集中在OpenCV部分。 接下来,我需要整理在OpenCV中使用ONNX模型的基本步骤: 1. **模型准备**:用户需要将自定义模型转换为ONNX格式。这可能涉及使用如PyTorch的torch.onnx.export,或TensorFlow的tf2onnx工具。引用中的paddle2onnx也是一个例子,但用户可能使用不同的框架,需要通用步骤。 2. **加载模型**:使用OpenCV的cv2.dnn.readNetFromONNX函数加载ONNX模型。需要确保OpenCV版本支持ONNX,并检查是否有必要启用GPU加速(如CUDA和cuDNN的配置)。 3. **预处理输入数据**:图像需要转换为blob格式,调整尺寸、归一化,可能需要使用cv2.dnn.blobFromImage函数。这里需要注意模型的输入尺寸、归一化参数(如除以255,均值减法,缩放因子等)。 4. **执行推理**:将blob输入到网络,进行前向传播,获取输出结果。然后解析输出,比如目标检测的边界框、分类的类别概率等。 5. **后处理**:根据模型输出结构解析结果,如非极大值抑制(NMS)处理目标检测的结果,或者取softmax后的分类结果。 用户可能需要具体的代码示例,所以应提供一个完整的示例流程,包括加载模型、预处理、推理、后处理。同时,需要注意不同模型可能的后处理步骤不同,这里可能需要通用指导。 另外,用户可能遇到的问题包括模型加载失败、输入尺寸不匹配、输出解析错误等,需要给出常见问题的解决方法,比如检查OpenCV版本、模型路径、输入层的名称和尺寸,以及输出层的结构。 还需要提到性能优化的建议,如使用GPU加速,设置推理后端和目标(如DNN_TARGET_CUDA),以及内存管理方面的注意事项。 最后,根据用户提供的引用,其中提到YOLOv8导出到NCNN,可能用户对目标检测模型感兴趣,所以示例可以选择目标检测模型,比如YOLO的ONNX格式,并展示如何在OpenCV中部署。 现在,需要确保回答结构清晰,步骤详细,代码正确,并参考之前的回答风格,使用中文,符合格式要求,如行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,但可能在这个问题中公式较少,重点在代码和步骤。 检查是否有遗漏点:模型转换步骤是否需要详细说明?用户的问题是加载和使用,所以可能不需要深入模型导出,但简要提及工具有帮助,如使用PyTorch导出ONNX。引用中的paddle2onnx和YOLOv8导出示例可以作为参考,但用户可能使用其他框架,所以保持通用。 另外,注意引用之前的回答中的引用标记,如[^1],但当前问题中的引用可能不相关,需要确认是否需要引用。根据用户提供的引用,引用[3]和[4]涉及ONNX导出,可以适当提及,但主要应集中在OpenCV的操作步骤。 总结回答结构: 1. **模型导出准备**:简要说明如何将自定义模型导出为ONNX,可能使用不同框架的工具。 2. **OpenCV环境配置**:确保安装支持ONNX的OpenCV版本,建议使用4.5.4+,并检查CUDA支持。 3. **加载ONNX模型**:使用cv2.dnn.readNetFromONNX,处理可能的异常,如模型路径错误。 4. **输入预处理**:使用blobFromImage,解释参数如尺寸、缩放因子、均值减法、交换RB通道等。 5. **执行推理**:设置输入,前向传播,获取输出。 6. **结果解析**:根据模型类型(分类、检测等)解析输出,示例代码。 7. **性能优化**:启用GPU,设置后端,内存管理建议。 8. **常见问题解决**:模型加载失败、尺寸不匹配、输出解析错误等。 9. **完整示例代码**:以目标检测为例,展示从加载到结果可视化的流程。 10. **相关工具推荐**:如Netron查看模型结构,引用中的模型转换工具。 最后,生成相关问题,如模型转换问题、性能优化、特定模型部署等。 现在需要确保所有步骤正确,代码可运行,参数解释清晰,并参考用户提供的引用中的相关工具,如引用[3]的paddle2onnx和引用[4]的YOLO导出示例,可以提及这些工具作为模型导出的参考。</think>### 如何在OpenCV中加载和使用自定义ONNX深度学习模型 --- #### **一、环境准备** 1. **OpenCV版本要求** - 推荐使用 **OpenCV 4.5.4+**(需包含DNN模块和ONNX解析支持) - 验证安装: ```python import cv2 print(cv2.__version__) # 输出应为4.5.4及以上 ``` 2. **GPU加速支持(可选)** - 若需GPU加速,需安装 **CUDA 11.x** 和 **cuDNN 8.x** - 检查GPU支持: ```python print(cv2.cuda.getCudaEnabledDeviceCount()) # 输出应大于0 ``` --- #### **二、模型导出为ONNX格式** 以PyTorch模型为例,导出为ONNX格式: ```python import torch import torchvision # 示例模型(替换为你的自定义模型) model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True) model.eval() # 生成虚拟输入 dummy_input = torch.randn(1, 3, 224, 224) # 导出ONNX模型 torch.onnx.export( model, dummy_input, "custom_model.onnx", input_names=["input"], output_names=["output"], opset_version=11 ) ``` > **注**:其他框架导出方法: > - TensorFlow使用 `tf2onnx` > - PaddlePaddle使用 `paddle2onnx`(参考引用[3]) > - YOLOv8使用 `model.export(format="onnx")`(参考引用[4]) --- #### **三、OpenCV加载ONNX模型** ```python import cv2 import numpy as np # 加载ONNX模型 net = cv2.dnn.readNetFromONNX("custom_model.onnx") # 启用GPU加速(可选) net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_CUDA) net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CUDA) ``` --- #### **四、输入数据预处理** ```python # 读取图像并预处理 image = cv2.imread("test.jpg") blob = cv2.dnn.blobFromImage( image, scalefactor=1/255.0, # 归一化系数 size=(224, 224), # 模型输入尺寸 mean=(0.485, 0.456, 0.406), # ImageNet均值 swapRB=True # OpenCV默认BGR转RGB ) ``` > **关键参数说明**: > - `scalefactor`: 像素值缩放系数(通常为1/255) > - `mean`: 各通道均值(需与模型训练时一致) > - `swapRB`: 是否交换红蓝通道(OpenCV读取为BGR格式) --- #### **五、执行推理与结果解析** ```python # 输入数据到网络 net.setInput(blob) outputs = net.forward() # 解析输出(以分类模型为例) probabilities = outputs[0] class_id = np.argmax(probabilities) confidence = probabilities[class_id] print(f"预测类别:{class_id}, 置信度:{confidence:.2f}") ``` --- #### **六、完整示例(目标检测模型)** 以YOLOv8导出的ONNX模型为例(参考引用[4]): ```python # 加载模型 net = cv2.dnn.readNetFromONNX("yolov8n.onnx") # 预处理 image = cv2.imread("bus.jpg") blob = cv2.dnn.blobFromImage(image, 1/255.0, (640, 640), swapRB=True) # 推理 net.setInput(blob) outputs = net.forward() # 输出维度:[1, 84, 8400] # 后处理(简化的NMS示例) rows = outputs[0].shape[1] detections = [] for r in range(rows): data = outputs[0][:, r] scores = data[4:] # 类别置信度 class_id = np.argmax(scores) confidence = scores[class_id] if confidence > 0.5: # 置信度阈值 x, y, w, h = data[0:4] # 归一化坐标 detections.append([x, y, w, h, confidence, class_id]) # 绘制检测框(需还原到原图尺寸) for det in detections: x, y, w, h = det[0:4] x = int(x * image.shape[1]) y = int(y * image.shape[0]) w = int(w * image.shape[1]) h = int(h * image.shape[0]) cv2.rectangle(image, (x, y), (x+w, y+h), (0,255,0), 2) cv2.imshow("Result", image) cv2.waitKey(0) ``` --- #### **七、常见问题与解决方案** | **问题** | **解决方法** | |-------------------------|----------------------------------------------------------------------------| | 模型加载失败 | 1. 检查ONNX文件路径<br>2. 使用Netron可视化模型结构验证导出正确性[^1] | | 输入尺寸不匹配 | 通过`net.getLayer(0).outputNameToShape`查看输入层要求的尺寸 | | 输出解析错误 | 使用`net.getUnconnectedOutLayersNames()`获取输出层名称,验证输出维度 | | GPU加速未生效 | 检查CUDA/cuDNN安装,确保`cv2.dnn.DNN_BACKEND_CUDA`已设置 | | 内存不足 | 减小`blobFromImage`的`size`参数或使用`cv2.dnn.blobFromImages`批量处理 | --- #### **八、性能优化技巧** 1. **模型量化** 使用工具(如ONNX Runtime)将FP32模型量化为INT8,可减少50%内存占用[^2]。 2. **动态批处理** 对于多张输入,使用`cv2.dnn.blobFromImages`批量处理: ```python blobs = cv2.dnn.blobFromImages(images, scalefactor=1/255.0, size=(224,224)) ``` 3. **异步推理** 结合多线程实现数据加载与推理的流水线并行。 --- #### **九、相关工具推荐** - **Netron**: 可视化ONNX模型结构(输入/输出层、算子类型)[^1] - **ONNX Runtime**: 验证模型推理正确性(与OpenCV结果对比) - **OpenCV Model Zoo**: 预训练模型参考实现(如人脸检测、语义分割) ---
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