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SuperGlue

目录

1. 简介

SuperGlue是Magic Leap完成的CVPR 2020研究项目。SuperGlue网络是一个图神经网络，结合了一个最优匹配层，该层经过训练，可以对两组稀疏图像特征执行匹配。本例程对SuperGlue官方开源仓库的模型和算法进行移植，使之能在SOPHON BM1684X/BM1688/CV186X上进行推理测试。

2. 特性

  • 支持BM1688/CV186X(SoC)、BM1684X(x86 PCIe、SoC)
  • 支持FP32、FP16(BM1684X/BM1688/CV186X)模型编译和推理
  • 支持基于OpenCV解码、BMCV预处理、BMRT推理、LIBTORCH后处理的C++推理
  • 支持单batch模型

3. 准备模型、数据、依赖库

​本例程在scripts目录下提供了本例程所需的相关模型、数据、依赖库的下载脚本download.sh，您也可以自己准备模型和数据集。

chmod -R +x scripts/
./scripts/download.sh

下载的模型包括：

./models
├── BM1684X
│   ├── superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1684X的superglue FP16 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1684X的superglue FP32 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superpoint_fp16_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1684X的superpoint FP16 BModel，batch_size=1
│   └── superpoint_fp32_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1684X的superpoint FP32 BModel，batch_size=1
├── BM1688
│   ├── superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1688的superglue FP16 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1688的superglue FP32 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superpoint_fp16_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1688的superpoint FP16 BModel，batch_size=1
│   └── superpoint_fp32_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于BM1688的superpoint FP32 BModel，batch_size=1
├── CV186X
│   ├── superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于CV186X的superglue FP16 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel # 使用TPU-MLIR编译，用于CV186X的superglue FP32 BModel，batch_size=1，sinkhorn_iterations=20，max_keypoint_size=1024
│   ├── superpoint_fp16_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于CV186X的superpoint FP16 BModel，batch_size=1
│   └── superpoint_fp32_1b.bmodel            # 使用TPU-MLIR编译，用于CV186X的superpoint FP32 BModel，batch_size=1
├── onnx
│   ├── superglue_indoor_iter20_1024.onnx    # superglue的onnx模型
│   ├── superpoint_fp16_qtable               # superpoint编译fp16精度bmodel所需的敏感层
│   └── superpoint_to_nms.onnx               # superpoint的onnx模型
└── weights                                  # 源仓库的权重
    ├── superglue_indoor.pth
    ├── superglue_outdoor.pth
    └── superpoint_v1.pth

下载的数据包括：

./datasets
├── scannet_sample_images               #测试数据集
├── scannet_sample_pairs_with_gt.txt    #测试数据集标签文件
├── superglue_test_input                #superglue的测试输入，供mlir模型编译精度对齐使用
└── superpoint_test_input               #superpoint的测试输入，供mlir模型编译精度对齐使用

下载的依赖库包括：

./cpp/
├── aarch64_lib                         # 交叉编译依赖库，包含aarch64的libtorch以及其他第三方库
└── libtorch                            # x86的libtorch依赖库

4. 模型编译

Pytorch模型在编译前要导出成onnx模型，如果您希望自己导出模型，可参考SuperGlue模型导出。

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BM1684X/BM1688/CV186X），如：

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

​执行上述命令会在models/BM1684X等文件夹下生成superpoint_fp32_1b.bmodel和superglue_fp32_1b_iter20_1024.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/等文件夹下生成superpoint_fp16_1b.bmodel和superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel文件，即转换好的FP16 BModel。

5. 例程测试

6. 精度测试

6.1 测试方法

首先，参考C++例程推理要测试的数据集(scannet_sample_images)，生成预测的json文件。
然后，使用tools目录下的eval.py脚本，将测试生成的json文件与测试集标签文件进行对比，计算出superglue的MScore评价指标，命令如下：

# 安装opencv，若已安装请跳过
pip3 install opencv-python-headless matplotlib
# 请根据实际情况修改程序路径和json文件路径
cd tools
python3 eval.py --input_pairs ../datasets/scannet_sample_pairs_with_gt.txt --result_json ../cpp/superglue_bmcv/results/result.json

6.2 测试结果

测试平台 测试程序 superpoint模型 superglue模型 MScore
SE7-32 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 16.90
SE7-32 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 16.69
SE9-16 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 16.90
SE9-16 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 16.71
SE9-8 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 16.90
SE9-8 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 16.71

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. 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/BM1684X/superpoint_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)
BM1684X/superpoint_fp32_1b.bmodel 51.46
BM1684X/superpoint_fp16_1b.bmodel 10.76
BM1684X/superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 289.65
BM1684X/superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 75.51
BM1688/superpoint_fp32_1b.bmodel 224.76
BM1688/superpoint_fp16_1b.bmodel 41.47
BM1688/superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 670.28
BM1688/superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 182.35
CV186X/superpoint_fp32_1b.bmodel 224.76
CV186X/superpoint_fp16_1b.bmodel 41.51
CV186X/superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 667.09
CV186X/superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 179.36

测试说明：

  1. 性能测试结果具有一定的波动性；
  2. SoC和PCIe的测试结果基本一致。

7.2 程序运行性能

参考C++例程运行程序，并查看统计的性能信息。

测试平台 测试程序 superpoint模型 superglue模型 decode_time superpoint_time superglue_time
SE7-32 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 4.16 83.09 300.97
SE7-32 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 4.18 52.52 86.55
SE9-16 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 5.70 263.51 686.38
SE9-16 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 5.62 89.39 198.20
SE9-8 superglue_bmcv.soc superpoint_fp32_1b.bmodel superglue_fp32_1b_iter20_1024.bmodel 5.45 269.53 686.53
SE9-8 superglue_bmcv.soc superpoint_fp16_1b.bmodel superglue_fp16_1b_iter20_1024.bmodel 5.78 84.62 200.16

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[email protected]，SE9-16为8核[email protected]，SE9-8为6核[email protected]，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，不同的阈值对后处理时间影响较大。

8. FAQ

请参考FAQ查看一些常见的问题与解答。