作者：Nick Bourdakos
摘要：本文以星球大战中的千年隼号为例，介绍了如何使用强大的PowerAI来进行对象检测。
活动中的自定义对象检测（完整视频地址）
当前，大多数的大型科技公司（如IBM、Google、Microsoft和Amazon）都有自己的视觉识别产品。一些小公司也提供了类似的产品，如Clarifai。但是他们都没有提供对象检测API。
下面两张图片都使用了相同的Watson Visual Recognition默认分类器进行标记。不过，第一张图片首先通过了一个对象检测模型。
对象检测比视觉识别先进得多。但是如果想要进行对象检测，你就不得不自己动手了。
根据不同的使用情况，可能并不需要自定义对象检测模型。 TensorFlow的对象检测API提供了一些基于COCO数据集的不同速度和准确度的模型。
这是COCO模型可检测对象的完整列表：
如果想要检测不在此列表中的东西，则必须构建自己的自定义对象检测器。
标注图片
训练自己的模型需要做很多工作。需要收集大量的图像，并标注它们。标注包括指定对象坐标和相应的标签。对于包含两个钛战机的图像，标注的结果是这样的：
<annotation> <folder>images</folder> <filename>image1.jpg</filename> <size> <width>1000</width> <height>563</height> </size> <segmented>0</segmented> <object> <name>Tie Fighter</name> <bndbox> <xmin>112</xmin> <ymin>281</ymin> <xmax>122</xmax> <ymax>291</ymax> </bndbox> </object> <object> <name>Tie Fighter</name> <bndbox> <xmin>87</xmin> <ymin>260</ymin> <xmax>95</xmax> <ymax>268</ymax> </bndbox> </object></annotation>
针对星球大战模型，我收集了308个图片，每张图片包含了两到三个对象。我建议针对每个对象找出的200-300个样本图片。
我们是否需要为这几百张图片写一大推的xml呢？
当然不用！有很多标注工具，比如labelImg和RectLabel。我使用的是RectLabel，但它只能在macOS上使用。不过，还是有很多工作要做的。我花了大约三四个小时的时间来标注整个数据集。创建标注时，请将其导出为PASCAL VOC格式。
在运行脚本准备数据之前，还需要做一些设置工作。
克隆代码库
从这里克隆代码库。目录结构如下所示：
models|-- annotations| |-- label_map.pbtxt| |-- trainval.txt| `-- xmls| |-- 1.xml| |-- 2.xml| |-- 3.xml| `-- ...|-- images| |-- 1.jpg| |-- 2.jpg| |-- 3.jpg| `-- ...|-- object_detection| `-- ...`-- ...
这里已经包含了所有的训练数据，开箱即用。但是如果要用自己的数据创建模型，那么需要将你自己的训练图像添加到images目录中，将XML标注添加到annotations/xmls目录中，然后更新trainval.txt和label_map.pbtxt。
trainval.txt是一个文件名列表，用于查找和关联JPG和XML文件。下面的trainval.txt列表让我们可以找到abc.jpg、abc.xml、123.jpg、123.xml、xyz.jpg和xyz.xml：
abc123xyz
注意：请确保JPG和XML文件的文件名除了扩展名之外是一样的。
label_map.pbtxt是我们要检测的对象列表。内容是这样的：
item { id: 1 name: 'Millennium Falcon'}item { id: 2 name: 'Tie Fighter'}运行脚本
首先，安装Python和pip，并安装脚本需要的组件：
pip install -r requirements.txt
在PYTHONPATH中加入models和models/slim：
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:`pwd`:`pwd`/slim
重要提示：每次打开终端后都要运行一遍，或者添加到~/.bashrc文件中。
运行脚本：
python object_detection/create_tf_record.py
脚本运行结束之后，将会得到train.record和val.record文件。我们将用这两个文件来训练模型。
下载模型
即使使用多个GPU，从头开始训练对象检测器也可能需要数天的时间。为了加速训练，我们将采用一个在不同数据集上训练过的对象检测器，并重新设置它的一些参数来初始化我们的新模型。
你可以从这个模型集市上下载模型。每个模型的准确性和速度都不一样。我使用的是faster_rcnn_resnet101_coco。
把所有的model.ckpt文件提取出来并复制到代码库的根目录。
faster_rcnn_resnet101.config是faster_rcnn_resnet101_coco模型的配置文件。如果使用另一个模型，则可以在这里找到相对应的配置文件。
准备训练
运行下面的脚本，训练开始了！
python object_detection/train.py \ --logtostderr \ --train_dir=train \ --pipeline_config_path=faster_rcnn_resnet101.config
注意：将pipeline_config_path替换为配置文件实际的路径。
global step 1:global step 2:global step 3:global step 4:...
好极了！开始运行了！
10分钟后。
global step 41:global step 42:global step 43:global step 44:...
电脑开始冒烟了
global step 71:global step 72:global step 73:global step 74:...
这东西要运行多久呢？ 视频中使用的模型要运行22000步。如果使用的是MacBook Pro，假设每15秒左右完成一步，以这样的速度，大约需要三到四天的时间才能获得一个差不多的模型。太费时间了！！！
救世主PowerAI强势出击！
PowerAI
PowerAI让用户可以在配置了P100 GPU的IBM Power Systems上快速训练模型！
大概只用了一个小时的时间就训练了一万步。不过，这只用了一个GPU。 PowerAI的真正威力是能够以高达95％的效率在数百个GPU上进行分布式的深度学习。
在PowerAI的帮助下，IBM创造了在7个小时内识别一张新图像达到33.8％准确率的记录。它超过了微软以前的行业纪录，在10天内达到29.9％的准确率。
太快了!
创建一个Nimbix账号
Nimbix为开发者提供了在PowerAI平台上免费处理十个小时的试用帐户。你可以在这里进行注册。
注意：这个过程不是自动的，所以可能需要24小时才能审批通过。
申请通过后，你将收到一封电子邮件，其中包含有关确认和创建帐户的说明。
现在，你可以在这里登录了。
部署PowerAI Notebooks应用
首先搜索PowerAI Notebooks。
点击，然后选择 TensorFlow。
选择机器类型：32 thread POWER8, 128GB RAM, 1x P100 GPU w/NVLink (np8g1)。
服务器开启，将显示以下仪表板面板。当服务器的Status变为Processing时，就可以访问服务器了。
点击(click to show)获取密码。
然后点击Click here to connect启动Notebook。
使用用户名nimbix和先前提供的密码进行登录。
开始训练
点击New下拉菜单并选择Terminal，打开一个新的终端窗口。
跳出一个熟悉的界面：
注意：该终端可能不能在Safari中运行。
训练的步骤与我们在本地进行训练的步骤相同。如果你使用我的训练数据，那么可以克隆我的代码库：
git clone [https://github.com/bourdakos1/Custom-Object-Detection.git](https://github.com/bourdakos1/Custom-Object-Detection.git)
然后cd进入根目录：
cd Custom-Object-Detection
运行下面这个命令，下载我们之前提到的预先训练好的faster_rcnn_resnet101_coco模型。
wget [http://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/models/object_detection/faster_rcnn_resnet101_coco_11_06_2017.tar.gz](http://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/models/object_detection/faster_rcnn_resnet101_coco_11_06_2017.tar.gz)tar -xvf faster_rcnn_resnet101_coco_11_06_2017.tar.gzmv faster_rcnn_resnet101_coco_11_06_2017/model.ckpt.* .
然后，再次设置PYTHONPATH，因为这是一个新的终端：
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:`pwd`:`pwd`/slim
最后运行训练命令：
python object_detection/train.py \ --logtostderr \ --train_dir=train \ --pipeline_config_path=faster_rcnn_resnet101.config
下载模型
数据越多，则需要的步骤也越多。我的模型在接近4500步的时候非常稳定。然后，在大约20000步时达到峰值。我甚至做了20万步的训练，但是效果并不理想。
我建议每5000步左右下载一次模型，对其进行评估，以确保你的方向是正确的。
点击左上角的Jupyter徽标，打开Custom-Object-Detection/train。
下载编号最大的model.ckpt文件。
model.ckpt-STEP_NUMBER.data-00000-of-00001model.ckpt-STEP_NUMBER.indexmodel.ckpt-STEP_NUMBER.meta注意：一次只能下载一个文件。
注意：完成后，请务必点击机器上的红色电源按钮。否则，记时不会停止，时间会继续走下去。
导出推理图
要在代码中使用模型，需要将检查点文件（model.ckpt-STEP_NUMBER.*）转换为推理图。
将刚刚下载的检查点文件复制到代码库的根目录中。
然后运行这个命令：
python object_detection/export_inference_graph.py \ --input_type image_tensor \ --pipeline_config_path faster_rcnn_resnet101.config \ --trained_checkpoint_prefix model.ckpt-STEP_NUMBER \ --output_directory output_inference_graph
记住执行：
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:`pwd`:`pwd`/slim
这时，应该可以看到一个新的output_inference_graph目录和frozen_inference_graph.pb文件。这就是我们需要的文件。
测试模型
现在运行以下命令：
python object_detection/object_detection_runner.py
它会在test_images目录中的所有图像上运行output_inference_graph/frozen_inference_graph.pb中的对象检测模型，并将结果输出到output/test_images目录中。
结果
点击此处查看在“星球大战：原力觉醒”某个片段上运行模型后得到的结果。
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