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YOLOv7

目录

1. 简介

YOLOv7是基于anchor的one-stage目标检测算法,在准确率和速度上超越了以往的YOLO系列; ​本例程对yolov7官方开源仓库v0.1版本的模型yolov7.pt和算法进行移植,使之能在SOPHON BM1684和BM1684X上进行推理测试。

2. 特性

  • 支持BM1688/CV186X(SoC)、BM1684X(x86 PCIe、SoC)和BM1684(x86 PCIe、SoC、arm PCIe)
  • 支持FP32、FP16(BM1684X/BM1688/CV186X)、INT8模型编译和推理
  • 支持基于BMCV预处理的C++推理
  • 支持基于OpenCV和BMCV预处理的Python推理
  • 支持单batch和多batch模型推理
  • 支持1个输出和3个输出模型推理
  • 支持图片和视频测试

3. 准备数据与模型

Pytorch模型在编译前要导出成onnx模型,具体可参考YOLOv7模型导出

​ 同时,您需要准备用于测试的数据,如果量化模型,还要准备用于量化的数据集。

​ 本例程在scripts目录下提供了相关模型和数据集的下载脚本download.sh,您也可以自己准备模型和数据集,并参考4. 模型编译进行模型转换。

# 安装7z和zip,若已安装请跳过,非ubuntu系统视情况使用yum或其他方式安装
sudo apt install unzip
sudo apt install p7zip; sudo apt install p7zip-full
chmod -R +x scripts/
./scripts/download.sh

下载的模型包括:

./models
├── BM1684
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_4b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的FP32 BModel,batch_size=4
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684的INT8 BModel,batch_size=4
├── BM1684X
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp16_4b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP16 BModel,batch_size=4
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_4b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的FP32 BModel,batch_size=4
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1684X的INT8 BModel,batch_size=4
├── BM1688
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp16_1b_2core.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel        # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_1b_2core.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel        # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_1b_2core.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1,num_core=2
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel        # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_4b_2core.bmodel  # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4,num_core=2
│   └── yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel        # 使用TPU-MLIR编译,用于BM1688的INT8 BModel,batch_size=4
├── CV186X
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel       # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP16 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel       # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的FP32 BModel,batch_size=1
│   ├── yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel       # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=1
│   └── yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel       # 使用TPU-MLIR编译,用于CV186X的INT8 BModel,batch_size=4
├── onnx
│   ├── yolov7_qtable
│   ├── yolov7_v0.1_3output_1b.onnx # 导出的onnx模型,batch_size=1
│   └── yolov7_v0.1_3output_4b.onnx # 导出的onnx模型,batch_size=4
└── torch
    └── yolov7_v0.1_3outputs.torchscript.pt # trace后的torchscript模型

下载的数据包括:

./datasets
├── test                                      # 测试图片
├── test_car_person_1080P.mp4                 # 测试视频
├── coco.names                                # coco类别名文件
├── coco128                                   # coco128数据集,用于模型量化
└── coco                                      
    ├── val2017_1000                               # coco val2017_1000数据集:coco val2017中随机抽取的1000张样本
    └── instances_val2017_1000.json                # coco val2017数据集标签文件,用于计算精度评价指标  

​ 模型信息:

模型名称 yolov7.pt
训练集 MS COCO
概述 80类通用目标检测
输入数据 images, [batch_size, 3, 640, 640], FP32,NCHW,RGB planar
输出数据 [batch_size, 3, 80, 80, 85], FP32
[batch_size, 3, 40, 40, 85], FP32
[batch_size, 3, 20, 20, 85], FP32
其他信息 YOLO_ANCHORS: [12,16, 19,36, 40,28, 36,75, 76,55, 72,146, 142,110, 192,243, 459,401]
前处理 BGR->RGB、/255.0
后处理 nms等

4. 模型编译

导出的模型需要编译成BModel才能在SOPHON TPU上运行,如果使用下载好的BModel可跳过本节。

模型编译前需要安装TPU-MLIR,具体可参考TPU-MLIR环境搭建。安装好后需在TPU-MLIR环境中进入例程目录。使用TPU-MLIR将onnx模型编译为BModel,具体方法可参考《TPU-MLIR快速入门手册》的“3. 编译ONNX模型”(请从算能官网相应版本的SDK中获取)。

  • 生成FP32 BModel

本例程在scripts目录下提供了TPU-MLIR编译FP32 BModel的脚本,请注意修改gen_fp32bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,并在执行时指定BModel运行的目标平台(支持BM1684/BM1684X/BM1688/CV186X),如:

./scripts/gen_fp32bmodel_mlir.sh bm1684x #bm1684/bm1688/cv186x

执行上述命令会在models/BM1684X/下生成yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel文件,即转换好的FP32 BModel。

  • 生成FP16 BModel

本例程在scripts目录下提供了TPU-MLIR编译FP16 BModel的脚本,请注意修改gen_fp16bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,并在执行时指定BModel运行的目标平台(支持BM1684X/BM1688/CV186X),如:

./scripts/gen_fp16bmodel_mlir.sh bm1684x #bm1688/cv186x

执行上述命令会在models/BM1684X/下生成yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel文件,即转换好的FP16 BModel。

  • 生成INT8 BModel

本例程在scripts目录下提供了量化INT8 BModel的脚本,请注意修改gen_int8bmodel_mlir.sh中的onnx模型路径、生成模型目录和输入大小shapes等参数,在执行时输入BModel的目标平台(支持BM1684/BM1684X/BM1688/CV186X),如:

./scripts/gen_int8bmodel_mlir.sh bm1684x #bm1684/bm1688/cv186x

上述脚本会在models/BM1684X下生成yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel等文件,即转换好的INT8 BModel。

5. 例程测试

6. 精度测试

6.1 测试方法

首先,参考C++例程Python例程推理要测试的数据集,生成预测的json文件,注意修改数据集(datasets/coco/val2017_1000)和相关参数(conf_thresh=0.001、nms_thresh=0.65)。
然后,使用tools目录下的eval_coco.py脚本,将测试生成的json文件与测试集标签json文件进行对比,计算出目标检测的评价指标,命令如下:

# 安装pycocotools,若已安装请跳过
pip3 install pycocotools
# 请根据实际情况修改程序路径和json文件路径
python3 tools/eval_coco.py --gt_path datasets/coco/instances_val2017_1000.json --result_json results/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel_val2017_1000_opencv_python_result.json

6.2 测试结果

在coco2017val_1000数据集上,精度测试结果如下:

测试平台 测试程序 测试模型 AP@IoU=0.5:0.95 AP@IoU=0.5
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.514 0.699
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.505 0.696
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.505 0.696
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.504 0.687
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.497 0.684
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.497 0.684
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.494 0.696
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.487 0.691
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.487 0.691
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.514 0.699
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.514 0.700
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.511 0.698
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.511 0.698
SE7-32 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.504 0.687
SE7-32 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.504 0.688
SE7-32 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.501 0.687
SE7-32 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.501 0.687
SE7-32 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.493 0.696
SE7-32 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.494 0.696
SE7-32 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.492 0.698
SE7-32 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.492 0.698
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.514 0.699
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.514 0.699
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.510 0.699
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.510 0.699
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.504 0.687
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.503 0.687
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.500 0.686
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.500 0.686
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.493 0.696
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.493 0.696
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.490 0.695
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.490 0.695
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b_2core.bmodel 0.514 0.699
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b_2core.bmodel 0.514 0.699
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b_2core.bmodel 0.473 0.695
SE9-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b_2core.bmodel 0.473 0.695
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b_2core.bmodel 0.504 0.687
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b_2core.bmodel 0.504 0.687
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b_2core.bmodel 0.463 0.681
SE9-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b_2core.bmodel 0.463 0.681
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b_2core.bmodel 0.493 0.696
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp16_1b_2core.bmodel 0.494 0.696
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b_2core.bmodel 0.457 0.688
SE9-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b_2core.bmodel 0.457 0.688
SE9-8 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.514 0.699
SE9-8 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.514 0.699
SE9-8 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.510 0.699
SE9-8 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.510 0.699
SE9-8 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.504 0.687
SE9-8 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.503 0.687
SE9-8 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.500 0.686
SE9-8 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.500 0.686
SE9-8 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 0.493 0.696
SE9-8 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 0.493 0.696
SE9-8 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 0.490 0.695
SE9-8 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 0.490 0.695

测试说明

  1. 由于sdk版本之间可能存在差异,实际运行结果与本表有<0.01的精度误差是正常的;
  2. AP@IoU=0.5:0.95为area=all对应的指标;
  3. 在搭载了相同TPU和SOPHONSDK的PCIe或SoC平台上,相同程序的精度一致,SE5系列对应BM1684,SE7系列对应BM1684X,SE9系列中,SE9-16对应BM1688,SE9-8对应CV186X。

7. 性能测试

7.1 bmrt_test

使用bmrt_test测试模型的理论性能:

# 请根据实际情况修改要测试的bmodel路径和devid参数
bmrt_test --bmodel models/BM1684/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel

测试结果中的calculate time就是模型推理的时间,多batch size模型应当除以相应的batch size才是每张图片的理论推理时间。 测试各个模型的理论推理时间,结果如下:

测试模型 calculate time(ms)
BM1684/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 87.2
BM1684/yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 48.9
BM1684/yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 19.4
BM1684X/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 97.8
BM1684X/yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 19.3
BM1684X/yolov7_v0.1_3output_fp16_4b.bmodel 18.4
BM1684X/yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 9.1
BM1684X/yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 8.4
BM1688/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 582.54
BM1688/yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 129.02
BM1688/yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 33.42
BM1688/yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 32.90
BM1688/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b_2core.bmodel 318.84
BM1688/yolov7_v0.1_3output_fp16_1b_2core.bmodel 87.91
BM1688/yolov7_v0.1_3output_int8_1b_2core.bmodel 19.66
BM1688/yolov7_v0.1_3output_int8_4b_2core.bmodel 16.78
CV186X/yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 577.94
CV186X/yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 123.22
CV186X/yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 33.50
CV186X/yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 33.01

测试说明

  1. 性能测试结果具有一定的波动性;
  2. calculate time已折算为平均每张图片的推理时间;
  3. SoC和PCIe的测试结果基本一致。

7.2 程序运行性能

参考C++例程Python例程运行程序,并查看统计的解码时间、预处理时间、推理时间、后处理时间。C++和Python例程打印的时间已经折算为单张图片的处理时间。

在不同的测试平台上,使用不同的例程、模型测试datasets/coco/val2017_1000,conf_thresh=0.5,nms_thresh=0.5,性能测试结果如下:

测试平台 测试程序 测试模型 decode_time preprocess_time inference_time postprocess_time
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 20.10 26.29 93.05 111.12
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 13.99 26.35 71.77 109.78
SE5-16 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 13.85 23.91 40.65 112.05
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 3.57 2.82 89.29 106.19
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 3.57 2.30 54.98 105.83
SE5-16 yolov7_bmcv.py yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 3.45 2.12 24.84 109.49
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 4.87 1.55 82.58 18.60
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 4.86 1.54 48.19 18.57
SE5-16 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 4.72 1.47 19.05 18.48
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp32_1b.bmodel 18.38 27.02 111.60 109.77
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_fp16_1b.bmodel 14.11 27.70 35.96 109.32
SE7-32 yolov7_opencv.py yolov7_v0.1_3output_int8_1b.bmodel 14.01 27.78 20.83 109.39
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SE9-8 yolov7_bmcv.soc yolov7_v0.1_3output_int8_4b.bmodel 5.47 1.72 32.98 25.80

测试说明

  1. 时间单位均为毫秒(ms),统计的时间均为平均每张图片处理的时间;
  2. 性能测试结果具有一定的波动性,建议多次测试取平均值;
  3. SE5-16/SE7-32的主控处理器均为8核CA53@2.3GHz,SE9-16为8核CA53@1.6GHz,SE9-8为6核CA53@1.6GHz,PCIe上的性能由于处理器的不同可能存在较大差异;
  4. 图片分辨率对解码时间影响较大,推理结果对后处理时间影响较大,不同的测试图片可能存在较大差异。

8. FAQ

请参考FAQ查看一些常见的问题与解答。