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端侧部署

本教程将介绍基于Paddle Lite 在移动端部署PaddleOCR超轻量中文检测、识别模型的详细步骤。

Paddle Lite是飞桨轻量化推理引擎,为手机、IOT端提供高效推理能力,并广泛整合跨平台硬件,为端侧部署及应用落地问题提供轻量化的部署方案。

1. 准备环境

运行准备

  • 电脑(编译Paddle Lite)
  • 安卓手机(armv7或armv8)

1.1 准备交叉编译环境

交叉编译环境用于编译 Paddle Lite 和 PaddleOCR 的C++ demo。 支持多种开发环境,不同开发环境的编译流程请参考对应文档。

  1. Docker
  2. Linux
  3. MAC OS

1.2 准备预测库

预测库有两种获取方式:

    1. [推荐]直接下载,预测库下载链接如下:

      平台 预测库下载链接
      Android arm7 / arm8
      IOS arm7 / arm8

      注:1. 上述预测库为PaddleLite 2.10分支编译得到,有关PaddleLite 2.10 详细信息可参考 链接

注:建议使用paddlelite>=2.10版本的预测库,其他预测库版本下载链接

    1. 编译Paddle-Lite得到预测库,Paddle-Lite的编译方式如下:
git clone https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite.git
cd Paddle-Lite
# 切换到Paddle-Lite release/v2.10 稳定分支
git checkout release/v2.10
./lite/tools/build_android.sh  --arch=armv8  --with_cv=ON --with_extra=ON

注意:编译Paddle-Lite获得预测库时,需要打开--with_cv=ON --with_extra=ON两个选项,--arch表示arm版本,这里指定为armv8, 更多编译命令 介绍请参考 链接

直接下载预测库并解压后,可以得到inference_lite_lib.android.armv8/文件夹,通过编译Paddle-Lite得到的预测库位于 Paddle-Lite/build.lite.android.armv8.gcc/inference_lite_lib.android.armv8/文件夹下。 预测库的文件目录如下:

inference_lite_lib.android.armv8/
|-- cxx                                        C++ 预测库和头文件
|   |-- include                                C++ 头文件
|   |   |-- paddle_api.h
|   |   |-- paddle_image_preprocess.h
|   |   |-- paddle_lite_factory_helper.h
|   |   |-- paddle_place.h
|   |   |-- paddle_use_kernels.h
|   |   |-- paddle_use_ops.h
|   |   `-- paddle_use_passes.h
|   `-- lib                                           C++预测库
|       |-- libpaddle_api_light_bundled.a             C++静态库
|       `-- libpaddle_light_api_shared.so             C++动态库
|-- java                                     Java预测库
|   |-- jar
|   |   `-- PaddlePredictor.jar
|   |-- so
|   |   `-- libpaddle_lite_jni.so
|   `-- src
|-- demo                                     C++和Java示例代码
|   |-- cxx                                  C++  预测库demo
|   `-- java                                 Java 预测库demo

2 开始运行

2.1 模型优化

Paddle-Lite 提供了多种策略来自动优化原始的模型,其中包括量化、子图融合、混合调度、Kernel优选等方法,使用Paddle-lite的opt工具可以自动 对inference模型进行优化,优化后的模型更轻量,模型运行速度更快。

如果已经准备好了 .nb 结尾的模型文件,可以跳过此步骤。

下述表格中也提供了一系列中文移动端模型:

模型版本 模型简介 模型大小 检测模型 文本方向分类模型 识别模型 Paddle-Lite版本
PP-OCRv3 蒸馏版超轻量中文OCR移动端模型 16.2M 下载地址 下载地址 下载地址 v2.10
PP-OCRv3(slim) 蒸馏版超轻量中文OCR移动端模型 5.9M 下载地址 下载地址 下载地址 v2.10
PP-OCRv2 蒸馏版超轻量中文OCR移动端模型 11M 下载地址 下载地址 下载地址 v2.10
PP-OCRv2(slim) 蒸馏版超轻量中文OCR移动端模型 4.6M 下载地址 下载地址 下载地址 v2.10

如果直接使用上述表格中的模型进行部署,可略过下述步骤,直接阅读 2.2节

如果要部署的模型不在上述表格中,则需要按照如下步骤获得优化后的模型。

  • 步骤1:参考文档安装paddlelite,用于转换paddle inference model为paddlelite运行所需的nb模型
pip install paddlelite==2.10  # paddlelite版本要与预测库版本一致

安装完后,如下指令可以查看帮助信息

paddle_lite_opt

paddle_lite_opt 参数介绍:

选项 说明
--model_dir 待优化的PaddlePaddle模型(非combined形式)的路径
--model_file 待优化的PaddlePaddle模型(combined形式)的网络结构文件路径
--param_file 待优化的PaddlePaddle模型(combined形式)的权重文件路径
--optimize_out_type 输出模型类型,目前支持两种类型:protobuf和naive_buffer,其中naive_buffer是一种更轻量级的序列化/反序列化实现。若您需要在mobile端执行模型预测,请将此选项设置为naive_buffer。默认为protobuf
--optimize_out 优化模型的输出路径
--valid_targets 指定模型可执行的backend,默认为arm。目前可支持x86、arm、opencl、npu、xpu,可以同时指定多个backend(以空格分隔),Model Optimize Tool将会自动选择最佳方式。如果需要支持华为NPU(Kirin 810/990 Soc搭载的达芬奇架构NPU),应当设置为npu, arm
--record_tailoring_info 当使用 根据模型裁剪库文件 功能时,则设置该选项为true,以记录优化后模型含有的kernel和OP信息,默认为false

--model_dir适用于待优化的模型是非combined方式,PaddleOCR的inference模型是combined方式,即模型结构和模型参数使用单独一个文件存储。

  • 步骤2:使用paddle_lite_opt将inference模型转换成移动端模型格式。

下面以PaddleOCR的超轻量中文模型为例,介绍使用编译好的opt文件完成inference模型到Paddle-Lite优化模型的转换。

# 【推荐】 下载 PP-OCRv3版本的中英文 inference模型
wget  https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_det_slim_infer.tar && tar xf  ch_PP-OCRv3_det_slim_infer.tar
wget  https://paddleocr.bj.bcebos.com/PP-OCRv3/chinese/ch_PP-OCRv3_rec_slim_infer.tar && tar xf  ch_PP-OCRv2_rec_slim_quant_infer.tar
wget  https://paddleocr.bj.bcebos.com/dygraph_v2.0/slim/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_infer.tar && tar xf  ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_infer.tar
# 转换检测模型
paddle_lite_opt --model_file=./ch_PP-OCRv3_det_slim_infer/inference.pdmodel  --param_file=./ch_PP-OCRv3_det_slim_infer/inference.pdiparams  --optimize_out=./ch_PP-OCRv3_det_slim_opt --valid_targets=arm  --optimize_out_type=naive_buffer
# 转换识别模型
paddle_lite_opt --model_file=./ch_PP-OCRv3_rec_slim_infer/inference.pdmodel  --param_file=./ch_PP-OCRv3_rec_slim_infer/inference.pdiparams  --optimize_out=./ch_PP-OCRv3_rec_slim_opt --valid_targets=arm  --optimize_out_type=naive_buffer
# 转换方向分类器模型
paddle_lite_opt --model_file=./ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_infer/inference.pdmodel  --param_file=./ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_infer/inference.pdiparams  --optimize_out=./ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_opt --valid_targets=arm  --optimize_out_type=naive_buffer

转换成功后,inference模型目录下会多出.nb结尾的文件,即是转换成功的模型文件。

注意:使用paddle-lite部署时,需要使用opt工具优化后的模型。 opt工具的输入模型是paddle保存的inference模型

2.2 与手机联调

首先需要进行一些准备工作。

  1. 准备一台arm8的安卓手机,如果编译的预测库和opt文件是armv7,则需要arm7的手机,并修改Makefile中ARM_ABI = arm7

  2. 打开手机的USB调试选项,选择文件传输模式,连接电脑。

  3. 电脑上安装adb工具,用于调试。 adb安装方式如下:

    3.1. MAC电脑安装ADB:

    brew cask install android-platform-tools
    

    3.2. Linux安装ADB

    sudo apt update
    sudo apt install -y wget adb
    

    3.3. Window安装ADB

    win上安装需要去谷歌的安卓平台下载adb软件包进行安装:链接

    打开终端,手机连接电脑,在终端中输入

    adb devices
    

    如果有device输出,则表示安装成功。

       List of devices attached
       744be294    device
    
  4. 准备优化后的模型、预测库文件、测试图像和使用的字典文件。

git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR.git
cd PaddleOCR/deploy/lite/
# 运行prepare.sh,准备预测库文件、测试图像和使用的字典文件,并放置在预测库中的demo/cxx/ocr文件夹下
sh prepare.sh /{lite prediction library path}/inference_lite_lib.android.armv8

# 进入OCR demo的工作目录
cd /{lite prediction library path}/inference_lite_lib.android.armv8/
cd demo/cxx/ocr/
# 将C++预测动态库so文件复制到debug文件夹中
cp ../../../cxx/lib/libpaddle_light_api_shared.so ./debug/

准备测试图像,以PaddleOCR/doc/imgs/11.jpg为例,将测试的图像复制到demo/cxx/ocr/debug/文件夹下。 准备lite opt工具优化后的模型文件,比如使用ch_PP-OCRv3_det_slim_opt.ch_PP-OCRv3_rec_slim_rec.nb, ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_opt.nb,模型文件放置在demo/cxx/ocr/debug/文件夹下。

执行完成后,ocr文件夹下将有如下文件格式:

demo/cxx/ocr/
|-- debug/  
|   |--ch_PP-OCRv3_det_slim_opt.nb           优化后的检测模型文件
|   |--ch_PP-OCRv3_rec_slim_opt.nb           优化后的识别模型文件
|   |--ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_opt.nb           优化后的文字方向分类器模型文件
|   |--11.jpg                           待测试图像
|   |--ppocr_keys_v1.txt                中文字典文件
|   |--libpaddle_light_api_shared.so    C++预测库文件
|   |--config.txt                       超参数配置
|-- config.txt                  超参数配置
|-- cls_process.cc              方向分类器的预处理和后处理文件
|-- cls_process.h
|-- crnn_process.cc             识别模型CRNN的预处理和后处理文件
|-- crnn_process.h
|-- db_post_process.cc          检测模型DB的后处理文件
|-- db_post_process.h
|-- Makefile                    编译文件
|-- ocr_db_crnn.cc              C++预测源文件

注意:

  1. ppocr_keys_v1.txt是中文字典文件,如果使用的 nb 模型是英文数字或其他语言的模型,需要更换为对应语言的字典。 PaddleOCR 在ppocr/utils/下存放了多种字典,包括:
dict/french_dict.txt     # 法语字典
dict/german_dict.txt     # 德语字典
ic15_dict.txt       # 英文字典
dict/japan_dict.txt      # 日语字典
dict/korean_dict.txt     # 韩语字典
ppocr_keys_v1.txt   # 中文字典
...
  1. config.txt 包含了检测器、分类器、识别器的超参数,如下:
max_side_len  960         # 输入图像长宽大于960时,等比例缩放图像,使得图像最长边为960
det_db_thresh  0.3        # 用于过滤DB预测的二值化图像,设置为0.-0.3对结果影响不明显
det_db_box_thresh  0.5    # 检测器后处理过滤box的阈值,如果检测存在漏框情况,可酌情减小
det_db_unclip_ratio  1.6  # 表示文本框的紧致程度,越小则文本框更靠近文本
use_direction_classify  0  # 是否使用方向分类器,0表示不使用,1表示使用
rec_image_height  48      # 识别模型输入图像的高度,PP-OCRv3模型设置为48,PP-OCRv2模型需要设置为32
  1. 启动调试

上述步骤完成后就可以使用adb将文件push到手机上运行,步骤如下:

# 执行编译,得到可执行文件ocr_db_crnn, 第一次执行此命令会下载opencv等依赖库,下载完成后,需要再执行一次
make -j

# 将编译的可执行文件移动到debug文件夹中
mv ocr_db_crnn ./debug/
# 将debug文件夹push到手机上
adb push debug /data/local/tmp/
adb shell
cd /data/local/tmp/debug
export LD_LIBRARY_PATH=${PWD}:$LD_LIBRARY_PATH
# 开始使用,ocr_db_crnn可执行文件的使用方式为:
# ./ocr_db_crnn 预测模式  检测模型文件 方向分类器模型文件  识别模型文件 运行硬件 运行精度 线程数  batchsize  测试图像路径  参数配置路径  字典文件路径 是否使用benchmark参数
./ocr_db_crnn system  ch_PP-OCRv3_det_slim_opt.nb  ch_PP-OCRv3_rec_slim_opt.nb  ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_slim_opt.nb  arm8 INT8 10 1  ./11.jpg  config.txt  ppocr_keys_v1.txt  True

# 仅使用文本检测模型,使用方式如下:
./ocr_db_crnn  det ch_PP-OCRv3_det_slim_opt.nb arm8 INT8 10 1 ./11.jpg  config.txt

# 仅使用文本识别模型,使用方式如下:
./ocr_db_crnn  rec ch_PP-OCRv3_rec_slim_opt.nb arm8 INT8 10 1 word_1.jpg ppocr_keys_v1.txt config.txt

如果对代码做了修改,则需要重新编译并push到手机上。

运行效果如下:

FAQ

Q1:如果想更换模型怎么办,需要重新按照流程走一遍吗?

A1:如果已经走通了上述步骤,更换模型只需要替换 .nb 模型文件即可,同时要注意更新字典

Q2:换一个图测试怎么做?

A2:替换debug下的.jpg测试图像为你想要测试的图像,adb push 到手机上即可

Q3:如何封装到手机APP中?

A3:此demo旨在提供能在手机上运行OCR的核心算法部分,PaddleOCR/deploy/android_demo是将这个demo封装到手机app的示例,供参考

Q4:运行demo时遇到报错Error: This model is not supported, because kernel for 'io_copy' is not supported by Paddle-Lite.

A4:问题是安装的paddlelite版本和下载的预测库版本不匹配,确保paddleliteopt工具和你的预测库版本匹配,重新转nb模型试试。