如何在行空板上运行 YOLOv10n？

YOLOv10介绍
YOLO（You Only Look Once）系列是当前最主流的端侧目标检测算法，由Joseph Redmon等人首次提出，并随着时间发展，已经推出了多个版本，每个版本“似乎”都在性能和速度上有所提升。



本文为大家介绍的是 YOLOv10在行空板的运行。YOLOv10是由清华大学研究团队最新提出的，同样遵循 YOLO 系列设计原则，致力于打造实时端到端的高性能目标检测器。

YOLOv10解决了以往版本YOLO系列目标检测算法在后处理和模型架构方面的不足。通过消除非极大值抑制（NMS）操作和优化模型架构，YOLOv10在显著降低计算开销的同时还实现了最先进的性能。在标准目标检测基准上进行的广泛实验表明，YOLOv10在各种模型规模下，在计算-准确度权衡方面显著优于先前的最先进模型。

如下图所示，在类似性能下，YOLOv10-S / X分别比RT-DETR R18 / R101快1.8倍/1.3倍。与YOLOv9-C相比，YOLOv10-B在相同性能下实现了46%的延迟降低。此外，YOLOv10展现出了极高的参数利用效率。YOLOv10-L / X在参数数量分别减少了1.8倍和2.3倍的情况下，比YOLOv8-L / X高出0.3 AP和0.5 AP。YOLOv10-M在参数数量分别减少了23%和31%的情况下，与YOLOv9-M / YOLO-MS实现了相似的AP。


yolov10性能参数对比图

行空板硬件介绍
行空板是一款专为Python学习和使用设计的新一代国产开源硬件，采用单板计算机架构，集成LCD彩屏、WiFi蓝牙、多种常用传感器和丰富的拓展接口。同时，其自带Linux操作系统和Python环境，还预装了常用的Python库，让广大师生只需两步就能进行Python教学。



行空板是一款基于RK3308 Arm 64位四核处理器的开发板，主频达到1.2GHz，配备512MB DDR3内存和16GB eMMC硬盘，运行Debian 10操作系统。此外，它支持2.4G Wi-Fi和蓝牙4.0，采用RTL8723DS芯片。行空板还集成了GD32VF103C8T6 RISC-V协处理器，主频108MHz，具备64KB Flash和32KB SRAM。

行空板拥有多种板载元件，包括Home按键、A/B按键，2.8英寸可触控彩色屏幕，分辨率为240x320。设备还配备了电容式硅麦克风、PT0603光敏三极管光线传感器、无源蜂鸣器和蓝色LED。此外，它还内置了ICM20689六轴传感器，包括三轴加速度和三轴陀螺仪。

在接口方面，行空板提供了多种连接选项。具有USB Type-C接口，用于将CPU与PC连接进行编程或为主板供电。还有USB TYPE-A接口，用于连接外部USB设备。此外，板上还有microSD卡接口用于扩展存储空间，3Pin I/O支持3路10位PWM和2路12位ADC，独立的4Pin I2C接口，以及与micro:bit兼容的19路独立I/O金手指，支持多种通信协议和功能。




在行空板上运行YOLOv10的物体检测功能
在这篇文章中，我们将使用DFRobot公司研发的行空板来运行YOLOv10，并尝试通过转换onnx格式进行加速。

将YOLOv10部署在行空板上具有重要的实用和学习意义：

• 便携性和部署灵活性：行空板体积小巧，便于嵌入到空间受限的设备中，实现物体检测的便携式部署。相比于大型计算机，行空板更适合在现场和移动场景中使用。
• 成本效益：行空板相对成本较低，适合预算有限的项目和教育用途。通过在行空板上运行YOLOv10，可以进行低成本的物体检测应用开发和实验。
• 学习和实验平台：行空板提供了丰富的接口和板载元件，适合作为学习和实验平台。通过在行空板上运行YOLOv10，学生和开发者可以深入理解嵌入式系统和人工智能的结合，学习优化和加速算法在资源受限环境中的应用。
• 技术挑战和创新：在资源有限的行空板上运行yolov10需要克服计算性能和内存限制的挑战。这为开发者提供了一个探索和创新的机会，可以尝试各种优化技术，如模型压缩、量化和硬件加速。
  

准备：运行YOLOv10的环境配置为了在行空板上成功运行YOLOv10，我们将使用Ultralytics官方提供的库进行部署。首先，我们需要确保行空板上的Python环境满足YOLOv10的要求，即Python版本需升级到3.8以上。为此，我们推荐使用MiniConda进行版本管理，这样可以轻松切换和管理不同版本的Python环境。

步骤大致如下：

• 安装MiniConda：首先，在行空板上下载并安装MiniConda。MiniConda是一个轻量级的Python发行版，专门用于简化Python环境的管理和包的安装。
• 创建新环境：使用MiniConda创建一个新的Python 3.8或更高版本的虚拟环境。这可以确保我们在部署yolov10时，不会受到系统默认Python环境的影响，从而避免兼容性问题。
• 激活环境：激活新创建的虚拟环境，使之成为当前的工作环境。
• 安装Ultralytics库：在激活的虚拟环境中，通过pip命令安装Ultralytics官方提供的YOLO库。这将下载并安装所有必要的依赖项和组件，使我们能够顺利运行YOLOv10。
  

通过上述步骤，我们可以在行空板上成功部署YOLOv10，充分利用其强大的物体检测能力。这种方法不仅能确保YOLOv10的高效运行，还能方便地进行环境管理和版本控制，为后续的开发和实验提供了稳定的基础。同时，通过使用MiniConda进行版本管理，我们可以更灵活地应对不同项目对Python环境的需求，提高开发效率。

下面是详细步骤。


step 1 查看当前python版本：
在终端输入：
python --version

终端显示：
Python 3.7.3

ultralytics不支持低版本python，需简要将python升级。选择使用mini conda进行版本管理和升级。

• 注意，不要使用anaconda，行空板运行易报错。
  

step 2 下载mini conda
在终端输入：

wget https://github.com/conda-forge/miniforge/releases/latest/download/Miniforge3-Linux-aarch64.sh 
复制代码

下载完后终端显示：
已保存 “Miniforge3-Linux-aarch64.sh” [74300552/74300552])

step 3 安装mini conda
在终端输入：
sudo bash Miniforge3-Linux-aarch64.sh

过程中遇到需要输入ENTER键或者yes键的照做。最后终端显示：
> Added mamba to /root/.bashrc
>
> ==> For changes to take effect, close and re-open your current shell. <==
>
> Thank you for installing Miniforge3!



在终端输入：
source ~/.bashrc

安装完成，在终端输入：
conda

终端显示：




Step 4 激活conda
在终端输入：
conda activate

可以看到终端的显示由



变成



说明已经成功激活了conda。


Step 5 在conda中建立YOLO环境
名字叫yolo，python版本选择3.11。在终端输入：
conda create -n yolo python==3.11

过程中显示：



输入y,

环境建立完终端显示：




Step 6 激活yolo环境
在终端中输入：
conda activate yolo

可以看到终端显示由



变成



说明激活yolo环境成功。


Step 7 安装utralytics
在终端输入：
pip install ultralytics

完成后终端显示：




Step 8 安装Pillow库
在终端输入：
pip install pillow

如果已安装，终端显示：
> Requirement already satisfied: pillow in /root/miniforge3/envs/yolo/lib/python3.11/site-packages (10.3.0)

Step 9 安装OpenCV
在终端输入：
pip install opencv-python

如果已安装，终端显示：
> Requirement already satisfied: opencv-python in /root/miniforge3/envs/yolo/lib/python3.11/site-packages (4.9.0.80)
>
> Requirement already satisfied: numpy>=1.21.2 in /root/miniforge3/envs/yolo/lib/python3.11/site-packages (from opencv-python) (1.26.4)



Step 10 安装huggingface库
终端输入：
pip install huggingface



Step 11 安装huggingface_hub库
终端输入：
pip install huggingface_hub



快速开始：原生YOLOv10的运行


Step 1 github上下载项目
Yolov10项目地址：https://github.com/THU-MIG/yolov10

终端输入：
git clone https://github.com/THU-MIG/yolov10.git

下载yolov10的项目。然后进入目录，终端输入：
cd yolov10


Step 2 需要准备的文件
权重文件（可以在文末下载）：




Step 3 创建python文件
quick_start.py 样例代码：

from ultralytics import YOLO

# Load a pretrained YOLO model (recommended for training)
model = YOLO("yolov10n.pt")

# Perform object detection on an image using the model
results = model("https://ultralytics.com/images/bus.jpg")

# Save results to disk
results[0].save(filename=f"result_bus.jpg")
复制代码

Step 4 确认开启yolo环境：
在终端输入：
conda activate yolo

确认终端显示：




Step 5 运行编写的python脚本
在终端输入：
python quick_start.py

可以看到终端中显示：



可以看到，使用原生yolov10n的模型进行单张图片的推理需要大约7秒。

自动下载了图片bus.jpg，这是我们准备的让yolo推理的图片，如下所示：



最后模型推理，将结果储存为了result_bus.jpg:



优化：转换onnx格式
在使用原生yolov10n运行的时候，速度是很慢的，所以我们需要对其进行格式转换以加速其运行。

本节介绍如何将yolov10n.pt转换成onnx格式以加快运行速度。下面是详细步骤：
Step 1 移动到上一节中创建的yolo目录
在终端中输入：
cd yolov10


Step 2 建立python文件，名为：export_onnx.py，代码如下：

from ultralytics import YOLO

# Load a model
model = YOLO("yolov10n.pt")  # load an official model

# Export the model
model.export(format="onnx")
复制代码

Step 3 确认开启yolo环境：
在终端输入：
conda activate yolo

确认终端显示：



Step 4 运行编写的python脚本
在终端输入：
python export_onnx.py

终端中显示：



可以看到，最终自动保存了转换好的文件yolov10n.onnx

Step 5 编写运行onnx模型的文件
建立predict_onnx.py文件，并编写如下代码：

from ultralytics import YOLO

# Load the exported NCNN model
onnx_model = YOLO("yolov10n.onnx", task = 'detect')

# Run inference
results = onnx_model("https://ultralytics.com/images/bus.jpg")

# Save results to disk
results[0].save(filename=f"result_bus_onnx.jpg")
复制代码

Step 6 运行推理代码
在终端输入：
python predict_onnx.py

终端显示：



目录中产生预测结果：



可以看到，使用onnx模型进行目标检测大约耗时6.5秒，比原生模型快了0.5秒。


进一步优化：减小输入图片的尺寸
可以看出，目前的推理速度仍然较慢。

如果想提高推理速度，可以减少输入图片的尺寸。导出onnx模型的时候，我们可以设置参数imgsz来规定输入图片的尺寸，如果输入图片的尺寸不确定，我们也可以将dynamic参数设置为True，这时候导出的onnx可以接受任意尺寸的图片输入进行推理。具体步骤如下：

Step 1 移动到上一节中创建的yolo目录
在终端中输入：
cd yolov10

Step 2 建立python文件，名为：export_onnx.py，代码如下：

from ultralytics import YOLO

# Load a model
model = YOLO("yolov10n.pt")  # load an official model

# Export the model
model.export(format="onnx", dynamic = True)
复制代码

Step 3 确认开启yolo环境：
在终端输入：
conda activate yolo

确认终端显示：



Step 4 运行编写的python脚本
在终端输入：
python export_onnx.py

终端中显示：



可以看到，自动保存了转换好的文件yolov10n.onnx。


Step 5 编写运行onnx模型的文件
建立predict_onnx.py文件，并编写如下代码：

from ultralytics import YOLO
import cv2

# Load the exported NCNN model
onnx_model = YOLO("yolov10n.onnx", task = 'detect')

image = cv2.imread('bus.jpg')
print(image.shape)

# Run inference
print('original')
results = onnx_model("bus.jpg")
results[0].save(filename='bus_640.jpg')
print(256)
results = onnx_model("bus.jpg", imgsz = 256)
results[0].save(filename='bus_256.jpg')
print(128)
results = onnx_model("bus.jpg", imgsz = 128)
results[0].save(filename='bus_128.jpg')
print(64)
results = onnx_model("bus.jpg", imgsz = 64)
results[0].save(filename='bus_64.jpg')
复制代码

在这段代码中，我们分别测试原始尺寸的图片、256尺寸的图片、128尺寸的图片和64尺寸的图片的运行情况。


Step 6 运行推理代码
在终端输入：
python predict_onnx.py

终端显示：



原图片尺寸是1080*810，原始yolov10n的最大预测尺寸是640，此时耗时大约6秒。结果如下：



输入尺寸为448时，耗时大约为秒。结果如下：



输入尺寸为320时，耗时大约为1.2秒。结果如下：



输入尺寸为256时，耗时大约为0.8秒。



输入尺寸为128时，耗时大约为0.4秒。



总结如下：

• 注意事项:性能以公交车图片为准。如果您有自己的数据集，可能需要更多的测试。
• 本测试中准确性的判断标准为：
  

与YOLOv8n的对比
使用官方代码，图片尺寸与运行耗时的对比如下：

• 注意事项:准确性用bus.jpg测试。如果您有自己的数据集，可能需要更多的测试。
  

结论

• 行空板可以运行yolov10n
  

使用行空板可以用简单的代码运行yolov10n，并且速度比yolov8n略快。

• 本文介绍了如何完成进行yolov10在行空板的部署
  

虽然yolov10是基于ultralytics开发，但是只安装ultralytics库不能直接运行yolov10，仍需要clone官方仓库。

• 分辨率配置推荐
  

如果使用行空板用于图片的目标检测，可以考虑使用448分辨率的输入，此种情况下一张图片的处理时间大约为2.5秒，同时准确性很好。如果使用行空板用于视频的目标检测，限于行空板的算力，推荐使用128分辨率的输入，此种情况下一张图片的处理时间大约为0.28秒左右,但是此时效果表现一般。更值得考虑的是使用yolov8n的128分辨率输入，此时准确性表现较好。再次强调：准确性表现以bus.jpg测试。如果您有自己的数据集，可能需要更多的测试。

• 持续优化，欢迎关注
  

我们将持续对yolov10n在行空板上的运行进行优化，欢迎关注。

太高深了，谢谢分享！