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MPIIFaceGaze

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MPIIFaceGaze

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本分支上的模型库文件与 icraft3.31.0 版本适配，部署时对应使用 25060601 版本位流，硬件后端 仅 支持 BUYI，即：

  1. 模型2_compile/config目录下 仅支持 编译 BY 文件夹下的toml文件；
  2. 模型3_deploy/modelzoo/MODEL/cfg目录下的yaml文件中， run_backend 字段 仅支持 配置为 host 或 buyi 。

0. 文件结构说明

AI部署模型需要以下几部分文件

  • 0_MPIIFaceGaze >模型原始工程，需要自行下载
  • weights >存放原始权重，需要自行下载
  • 1_scripts >若干脚本，用于保存Icraft编译器需要的模型、编译后仿真等功能
  • 2_compile >Icraft编译器编译模型时所需要的文件
  • 3_deploy >将Icraft编译器编译出的模型部署到硬件时需要的c++工程

1. python工程准备

1. 模型来源：

  • code：https://github.com/hysts/pytorch_mpiigaze.git
  • branch：master
  • commit_id：2a31a6c
  • weights：https://github.com/hysts/pytorch_mpiigaze_demo/releases/download/v0.1.0/mpiifacegaze_resnet_simple.pth

2. 保存模型

目的：将模型保存成可以被Icraft编译器编译的形态

1）根据模型来源中的地址：https://github.com/hysts/pytorch_mpiigaze_demo/releases/download/v0.1.0/mpiifacegaze_resnet_simple.pth ，下载原始weights，存放于 /weights文件夹中

注意：有时开源的weights url可能会变更。如果我们提供的weights url失效，请根据原工程相应的branch以及commit版本寻找正确的下载链接

2）根据模型来源中的地址，下载指定commit id版本的源代码，文件夹名称要设置为：0_MPIIFaceGaze

# 在此模型根目录
mkdir 0_MPIIFaceGaze
git clone -b master https://github.com/hysts/pytorch_mpiigaze.git 0_MPIIFaceGaze
cd 0_MPIIFaceGaze
git checkout 2a31a6c

3）根据源码readme构建环境，进入0_MPIIFaceGaze下，打开wsl环境，运行bash scripts/download_dlib_model.sh下载shape_predictor_68_face_landmarks.dat，下载好后该文件会放在0_MPIIFaceGaze/data/dlib/目录下

4）将1_scripts中的脚本复制到0_MPIIFaceGaze路径下，在0_MPIIFaceGaze路径下执行保存模型脚本，会将保存好的模型放在2_compile/fmodel路径下。

# 在此模型根目录
cd 0_MPIIFaceGaze
python 1_save.py

1_scripts提供脚本说明：

  • 环境要求：Icraft编译器对导出框架模型时使用的框架版本有要求。即以下脚本中所有导出模型的脚本 1_save.py ，必须在要求的框架版本下执行，其他脚本不限制。要求的版本：
    • pytorch：支持pytorch1.9.0、pytorch2.0.1两个版本的原生网络模型文件（.pt格式），以及pytorch框架保存为onnx（opset=17）格式的模型文件（.onnx格式）
    • paddle：仅支持PaddlePaddle框架保存为onnx（opset=11）格式的模型文件（.onnx格式），不支持框架原生网络模型文件
    • darknet：支持Darknet框架原生网络模型GitHub - pjreddie/darknet: Convolutional Neural Networks
  • 0_infer.py >可以推理一张图并得到最终结果，模型原始权重会从 /weights 中寻找，需要您预先下载
  • 1_save.py >保存模型，保存好的用于Icraft编译器的模型，会存放在 /2_compile/fmodel
  • 2_save_infer.py >用修改后保存的模型做前向推理，验证保存的模型与原模型是否一致

2.使用Icraft编译器编译模型

目的： 使用Icraft编译器将上一步保存好的框架模型转化为硬件可部署模型

  • 1）相关命名说明：

    1）fmodel：frame model >用于Icraft编译器的框架模型

    2）imodel：icraft model >用Icraft编译器编译出的模型

    3）qtset：Quantitative Calibration Set >Icraft编译器所需的量化校准集

  • 2）确认已安装正确的icraft版本

    检查方法：打开cmd运行：icraft --version

    若已正常安装则会显示当前icraft版本，例如：

    Icraft 版本:
 * 3.31.0

CLI 版本:
3.31.0.0-8639261(2507031119)

  • 3）执行编译：

    在 /2_compile目录下执行编译：

    icraft compile config/BY/MPIIFaceGaze_8.toml

    如果过程顺利，将得到 icraft model（以 .json （graph）.raw（param）的格式保存）

    其中包括编译各阶段产生的中间结果模型和最终用于片上部署的BY模型，直接被保存到: 3_deploy/modelzoo/MPIIFaceGaze/imodel

3. 仿真

通过配置3_deploy/modelzoo/MPIIFaceGaze/cfg/中yaml文件的run_backend字段为host实现模型仿真。

imodel:
  ...
  run_backend: host
  ...

4. 部署模型

部署环境检查

  • 以root账户登录片上系统terminal（ssh或串口皆可），模型库默认的模型存放路径为以下目录，如果没有请预先创建：
   /home/fmsh/ModelZoo/

  • 检查板上环境是否正确：

    1. 查看环境变量，指令： icraft --version

      看打印信息是否如下：

      Icraft 版本:
* v3.31.0

CLI 版本:
3.31.0.0-8639261(2507031119)

    2. 若是，在任意目录下输入icraft-serve即可打开server

    3. 检查icraft和customop安装包版本是否为arm64

      # 检查icraft安装包版本
dpkg -l | grep icraft
# 检查customop安装包版本
dpkg -l | grep customop

      如果依次显示如下信息，则安装版本正确：

      ii  icraft                         3.31.0                             arm64        This is Icraft for arm64
ii  customop                       3.31.0                             arm64        This is Icraft CustomOp for arm64

    4. 如果环境配置有误，请参考Part 1_1 2.3.1 ARM-Linux（片上系统环境） 编译环境准备进行部署环境配置。

    5. 根据此模型使用的硬算子，选择合适的位流，并在板上安装，所用硬算子及可选位流版本可参见本说明文档起始处的状态徽章，位流下载及安装说明请参考1/4) 其他下载资源。

python runtime:

目的：在AI硬件上执行模型前向推理

  1. python运行虚拟环境要求与准备

    • python版本：3.8（否则无法使用icraft的python API）

    • 确保已安装icraft的python安装包

      • socket模式使用：pip install icraft-3.x.x-cp38-none-win_amd64.whl
      • axi模式使用：pip install icraft-3.x.x-cp38-none-manylinux2014_aarch64.whl

    • 在选定的python运行虚拟环境中安装python运行时所需要的依赖包

      cd 3_deploy/modelzoo/MPIIFaceGaze
pip install -r requirements.txt

    • 安装一些便于开发pyrt的依赖包

      cd 3_deploy/Deps/modelzoo
pip install -e .
      由于python运行时代码在引入依赖包时候已经通过sys.path.append(R"../../../Deps/modelzoo")将一些便于开发pyrt的依赖包加入到了系统路径下，因此可以不用执行该步骤即可直接运行2.执行程序。这里提供额外的[pip install -e .]安装方式是为了在python运行时代码时候方便进行pyrtutils的依赖跳转。

  2. 执行程序

       # Windows系统下：
   python ./MPIIFaceGaze_psin.py ../cfg/MPIIFaceGaze_psin.yaml
   # Linux系统下：
   python icraft_launcher.py ./MPIIFaceGaze_psin.py ../cfg/MPIIFaceGaze_psin.yaml

    在io/output中查看结果。

    ​ 此外，还提供一个可视化demo，需先配置好0_MPIIFazeGaze的环境，再在此虚拟环境中按照1.python运行虚拟环境要求与准备搭建好环境，并在运行前将0_MPIIFaceGaze/data/dlib路径下的shape_predictor_68_face_landmarks.dat复制到3_deploy\modelzoo\MPIIFaceGaze\pyrt\data\dlib路径下，再执行下面命令：

    # Windows系统下：
python ./MPIIFaceGaze_psin_demo.py ../cfg/MPIIFaceGaze.yaml
# Linux系统下：
python icraft_launcher.py ./MPIIFaceGaze_psin_demo.py ../cfg/MPIIFaceGaze.yaml

    运行该demo能提供可视化结果，并将结果保存至io/output中。

5. 精度测试

由于精度测试需要遍历一个数据集中的所有图片，因此需要使用上位机作为主控操作系统（demo中是按windows作为上位机操作系统来做的），使用网口连接板子，运行时输入数据会通过上位机经由网口传到片上进行推理。

1. 环境准备

若已准备好环境请跳过此部分

1. 网口调试环境准备（如果已经准备好网口调试环境则看下一条）

  1. 安装ssh

  2. 查看或配置板子ip

    • 使用串口连接板子
    • vim /etc/rc.local
    • 查看或设置ip
    #!/bin/bash
ifconfig eth0 192.168.125.171 netmask 255.255.255.0
systemctl start sshd

  3. 修改本地网络适配器配置

    参考配置

    • ipv4地址：192.168.125.2
    • 子网掩码：255.255.255.0
    • 默认网关：192.168.125.1
    • 连接速度与双工：100mbps全双工

  4. 使用网口或串口进入板上系统打开server

    上位机：

    ssh root@192.168.125.171

    板上： 确保位于root账户下，执行：

    icraft serve
    • 请确保在root账户下执行上述命令
    • 设备成功打开示意图
    root@U:~# icraft serve
[02/22/24 02:02:00.388] [I] Using port : 9981
[02/22/24 02:02:00.388] [I] synchronous mode
[02/22/24 02:02:00.388] [I] [irpc::port::tcp::_waitNewConn] wait for new connection

    如果能正确运行则可以继续下一步。

2. 测试说明

  1. 重新编译模型

    • 1）由于源码工程未提供精度测试的预训练模型，可运行0_MPIIFaceGaze/train.py训练模型，也可使用已重训好的权重checkpoint_0015.pth

    • 2）使用checkpoint_0015.pth权重重新运行1_save.py，导出模型

    • 3）重新进行模型编译

      icraft compile config/BY/MPIIFaceGaze_8.toml

      由于测精度程序由上位机控制，生成的imodel不用再复制到板子中

  2. 数据集准备

    • 测试数据集下载：MPIIFaceGaze
    • 模型测试使用MPIIFazeGaze的p00作为测试集，将下载下来的数据集MPIIFaceGaze存放于 0_MPIIFaceGaze/datasets中，并解压到当前文件夹

  3. 修改运行时的yaml配置文件

    运行时需要配置一些模型路径，输入数据，后处理参数等，其配置文件在 3_deploy/modelzoo/MPIIFaceGaze/cfg/

    测试时使用：MPIIFaceGaze_psin_test.yaml

    需要修改：

    • imodel中参数：修改精度测试所用模型文件路径dir，根据所使用板子ip设置ip。
    • dataset中参数：更改自己的精度测试数据集路径。

  4. 编译、执行运行时程序

    python运行时（不需要编译）：

    cd 3_deploy/modelzoo/MPIIFaceGaze/pyrt
# Windows系统下：
python ./MPIIFaceGaze_psin.py ../cfg/MPIIFaceGaze_psin.yaml
# Linux系统下：
python icraft_launcher.py ./MPIIFaceGaze_psin.py ../cfg/MPIIFaceGaze_psin.yaml

    程序结束自动计算出精度指标平均angle_error，并记录在MPIIFaceGaze_metrics.log中

6. 模型性能记录

以下是基于自训权重checkpoint_0015.pth的精度测试结果：

MPIIFaceGaze input shape hard time qt_strategy 精度(mean angle error)
float [1, 3, 224,224] - - 2.55
parse [1, 3, 224,224] - - 2.20
int8 [1, 3, 224,224] 1.3355 null-pc 3.22
int16 [1, 3, 224,224] 2.1721 null-pc 3.25