Обнаружение маршрута, оптимизированное с GPU Coder

В этом примере показано, как сгенерировать код CUDA® от нейронной сети для глубокого обучения, представленной SeriesNetwork объект. В этом примере серийная сеть является сверточной нейронной сетью, которая может обнаружить и вывести контуры маркера маршрута от изображения.

Необходимые условия

  • CUDA включил NVIDIA® графический процессор.

  • NVIDIA инструментарий CUDA и драйвер.

  • Библиотека NVIDIA cuDNN.

  • Библиотеки OpenCV для видео чтения и изображения отображают операции.

  • Переменные окружения для компиляторов и библиотек. Для получения информации о поддерживаемых версиях компиляторов и библиотек, смотрите Стороннее Оборудование (GPU Coder). Для подготовки переменных окружения смотрите Подготовку Необходимых как условие продуктов (GPU Coder).

Проверьте среду графического процессора

Используйте coder.checkGpuInstall Функция (GPU Coder), чтобы проверить, что компиляторы и библиотеки, необходимые для выполнения этого примера, настраиваются правильно.

envCfg = coder.gpuEnvConfig('host');
envCfg.DeepLibTarget = 'cudnn';
envCfg.DeepCodegen = 1;
envCfg.Quiet = 1;
coder.checkGpuInstall(envCfg);

Получите предварительно обученный SeriesNetwork

[laneNet, coeffMeans, coeffStds] = getLaneDetectionNetworkGPU();

Эта сеть берет изображение в качестве входа и выходных параметров два контура маршрута, которые соответствуют левым и правым маршрутам автомобиля, оборудованного датчиком. Каждый контур маршрута представлен параболическим уравнением: y=ax2+bx+c, где y является боковым смещением, и x является продольным расстоянием от транспортного средства. Сетевые выходные параметры эти три параметра a, b, и c на маршрут. Сетевая архитектура похожа на AlexNet за исключением того, что последние несколько слоев заменяются меньшим полносвязным слоем и регрессией выходной слой. Чтобы просмотреть сетевую архитектуру, используйте analyzeNetwork функция.

analyzeNetwork(laneNet)

Исследуйте основную функцию точки входа

type detect_lane.m
function [laneFound, ltPts, rtPts] = detect_lane(frame, laneCoeffMeans, laneCoeffStds) 
% From the networks output, compute left and right lane points in the image
% coordinates. The camera coordinates are described by the caltech mono
% camera model.

%#codegen

% A persistent object mynet is used to load the series network object. At
% the first call to this function, the persistent object is constructed and
% setup. When the function is called subsequent times, the same object is
% reused to call predict on inputs, thus avoiding reconstructing and
% reloading the network object.
persistent lanenet;

if isempty(lanenet)
    lanenet = coder.loadDeepLearningNetwork('laneNet.mat', 'lanenet');
end

lanecoeffsNetworkOutput = lanenet.predict(permute(frame, [2 1 3]));

% Recover original coeffs by reversing the normalization steps

params = lanecoeffsNetworkOutput .* laneCoeffStds + laneCoeffMeans;

isRightLaneFound = abs(params(6)) > 0.5; %c should be more than 0.5 for it to be a right lane
isLeftLaneFound =  abs(params(3)) > 0.5;

vehicleXPoints = 3:30; %meters, ahead of the sensor
ltPts = coder.nullcopy(zeros(28,2,'single'));
rtPts = coder.nullcopy(zeros(28,2,'single'));

if isRightLaneFound && isLeftLaneFound
    rtBoundary = params(4:6);		
	rt_y = computeBoundaryModel(rtBoundary, vehicleXPoints);
	ltBoundary = params(1:3);
	lt_y = computeBoundaryModel(ltBoundary, vehicleXPoints);
	
	% Visualize lane boundaries of the ego vehicle
    tform = get_tformToImage;
    % map vehicle to image coordinates
    ltPts =  tform.transformPointsInverse([vehicleXPoints', lt_y']);
    rtPts =  tform.transformPointsInverse([vehicleXPoints', rt_y']);
	laneFound = true;
else
	laneFound = false;
end

end

function yWorld = computeBoundaryModel(model, xWorld)
	yWorld = polyval(model, xWorld);	
end

function tform = get_tformToImage 
% Compute extrinsics based on camera setup
yaw = 0;
pitch = 14; % pitch of the camera in degrees
roll = 0;

translation = translationVector(yaw, pitch, roll);
rotation    = rotationMatrix(yaw, pitch, roll);

% Construct a camera matrix
focalLength    = [309.4362, 344.2161];
principalPoint = [318.9034, 257.5352];
Skew = 0;

camMatrix = [rotation; translation] * intrinsicMatrix(focalLength, ...
	Skew, principalPoint);

% Turn camMatrix into 2-D homography
tform2D = [camMatrix(1,:); camMatrix(2,:); camMatrix(4,:)]; % drop Z

tform = projective2d(tform2D);
tform = tform.invert();
end

function translation = translationVector(yaw, pitch, roll)
SensorLocation = [0 0];
Height = 2.1798;    % mounting height in meters from the ground
rotationMatrix = (...
	rotZ(yaw)*... % last rotation
	rotX(90-pitch)*...
	rotZ(roll)... % first rotation
	);


% Adjust for the SensorLocation by adding a translation
sl = SensorLocation;

translationInWorldUnits = [sl(2), sl(1), Height];
translation = translationInWorldUnits*rotationMatrix;
end

%------------------------------------------------------------------
% Rotation around X-axis
function R = rotX(a)
a = deg2rad(a);
R = [...
	1   0        0;
	0   cos(a)  -sin(a);
	0   sin(a)   cos(a)];

end

%------------------------------------------------------------------
% Rotation around Y-axis
function R = rotY(a)
a = deg2rad(a);
R = [...
	cos(a)  0 sin(a);
	0       1 0;
	-sin(a) 0 cos(a)];

end

%------------------------------------------------------------------
% Rotation around Z-axis
function R = rotZ(a)
a = deg2rad(a);
R = [...
	cos(a) -sin(a) 0;
	sin(a)  cos(a) 0;
	0       0      1];
end

%------------------------------------------------------------------
% Given the Yaw, Pitch, and Roll, determine the appropriate Euler angles
% and the sequence in which they are applied to align the camera's
% coordinate system with the vehicle coordinate system. The resulting
% matrix is a Rotation matrix that together with the Translation vector
% defines the extrinsic parameters of the camera.
function rotation = rotationMatrix(yaw, pitch, roll)

rotation = (...
	rotY(180)*...            % last rotation: point Z up
	rotZ(-90)*...            % X-Y swap
	rotZ(yaw)*...            % point the camera forward
	rotX(90-pitch)*...       % "un-pitch"
	rotZ(roll)...            % 1st rotation: "un-roll"
	);
end

function intrinsicMat = intrinsicMatrix(FocalLength, Skew, PrincipalPoint)
intrinsicMat = ...
	[FocalLength(1)  , 0                     , 0; ...
	 Skew             , FocalLength(2)   , 0; ...
	 PrincipalPoint(1), PrincipalPoint(2), 1];
end

Сгенерируйте код для кода сети и последующей обработки

Сеть вычисляет параметры a, b, и c, которые описывают параболическое уравнение для левых и правых контуров маршрута.

От этих параметров вычислите координаты X и Y, соответствующие положениям маршрута. Координаты должны быть сопоставлены, чтобы отобразить координаты. Функциональный detect_lane.m выполняет все эти расчеты. Сгенерируйте код CUDA для этой функции путем создания объекта настройки графического процессора кода для 'lib' цель и набор выходной язык на C++. Используйте coder.DeepLearningConfig (GPU Coder) функция, чтобы создать CuDNN объект настройки глубокого обучения и присвоение это к DeepLearningConfig свойство объекта настройки графического процессора кода. Запустите codegen команда.

cfg = coder.gpuConfig('lib');
cfg.DeepLearningConfig = coder.DeepLearningConfig('cudnn');
cfg.GenerateReport = true;
cfg.TargetLang = 'C++';
inputs = {ones(227,227,3,'single'),ones(1,6,'double'),ones(1,6,'double')};
codegen -args inputs -config cfg detect_lane
Code generation successful: View report

Описание сгенерированного кода

Серийная сеть сгенерирована как класс C++, содержащий массив 23 классов слоя.

class c_lanenet {
 public:
  int32_T batchSize; int32_T numLayers; real32_T *inputData; real32_T
  *outputData; MWCNNLayer *layers[23];
 public:
  c_lanenet(void); void setup(void); void predict(void); void
  cleanup(void); ~c_lanenet(void);
};

setup() метод класса настраивает указатели и выделяет память для каждого расположенного на слое объекта. predict() метод вызывает предсказание для каждого из этих 23 слоев в сети.

cnn_lanenet_conv* _ w и cnn_lanenet_conv* _ b файлы являются бинарными весами и смещают файл для слоя свертки в сети. cnn_lanenet_fc* _ w и cnn_lanenet_fc* _ b файлы являются бинарными весами и смещают файл для полносвязного слоя в сети.

codegendir = fullfile('codegen', 'lib', 'detect_lane');
dir(codegendir)
.                                      MWReLULayer.o                          
..                                     MWReLULayerImpl.cu                     
.gitignore                             MWReLULayerImpl.hpp                    
DeepLearningNetwork.cu                 MWReLULayerImpl.o                      
DeepLearningNetwork.h                  MWTargetNetworkImpl.cu                 
DeepLearningNetwork.o                  MWTargetNetworkImpl.hpp                
MWCNNLayer.cpp                         MWTargetNetworkImpl.o                  
MWCNNLayer.hpp                         MWTensor.hpp                           
MWCNNLayer.o                           MWTensorBase.cpp                       
MWCNNLayerImpl.cu                      MWTensorBase.hpp                       
MWCNNLayerImpl.hpp                     MWTensorBase.o                         
MWCNNLayerImpl.o                       _clang-format                          
MWCUSOLVERUtils.cpp                    buildInfo.mat                          
MWCUSOLVERUtils.hpp                    cnn_lanenet0_0_conv1_b.bin             
MWCUSOLVERUtils.o                      cnn_lanenet0_0_conv1_w.bin             
MWCudaDimUtility.hpp                   cnn_lanenet0_0_conv2_b.bin             
MWCustomLayerForCuDNN.cpp              cnn_lanenet0_0_conv2_w.bin             
MWCustomLayerForCuDNN.hpp              cnn_lanenet0_0_conv3_b.bin             
MWCustomLayerForCuDNN.o                cnn_lanenet0_0_conv3_w.bin             
MWElementwiseAffineLayer.cpp           cnn_lanenet0_0_conv4_b.bin             
MWElementwiseAffineLayer.hpp           cnn_lanenet0_0_conv4_w.bin             
MWElementwiseAffineLayer.o             cnn_lanenet0_0_conv5_b.bin             
MWElementwiseAffineLayerImpl.cu        cnn_lanenet0_0_conv5_w.bin             
MWElementwiseAffineLayerImpl.hpp       cnn_lanenet0_0_data_offset.bin         
MWElementwiseAffineLayerImpl.o         cnn_lanenet0_0_data_scale.bin          
MWElementwiseAffineLayerImplKernel.cu  cnn_lanenet0_0_fc6_b.bin               
MWElementwiseAffineLayerImplKernel.o   cnn_lanenet0_0_fc6_w.bin               
MWFCLayer.cpp                          cnn_lanenet0_0_fcLane1_b.bin           
MWFCLayer.hpp                          cnn_lanenet0_0_fcLane1_w.bin           
MWFCLayer.o                            cnn_lanenet0_0_fcLane2_b.bin           
MWFCLayerImpl.cu                       cnn_lanenet0_0_fcLane2_w.bin           
MWFCLayerImpl.hpp                      cnn_lanenet0_0_responseNames.txt       
MWFCLayerImpl.o                        codeInfo.mat                           
MWFusedConvReLULayer.cpp               codedescriptor.dmr                     
MWFusedConvReLULayer.hpp               compileInfo.mat                        
MWFusedConvReLULayer.o                 defines.txt                            
MWFusedConvReLULayerImpl.cu            detect_lane.a                          
MWFusedConvReLULayerImpl.hpp           detect_lane.cu                         
MWFusedConvReLULayerImpl.o             detect_lane.h                          
MWInputLayer.cpp                       detect_lane.o                          
MWInputLayer.hpp                       detect_lane_data.cu                    
MWInputLayer.o                         detect_lane_data.h                     
MWInputLayerImpl.hpp                   detect_lane_data.o                     
MWKernelHeaders.hpp                    detect_lane_initialize.cu              
MWMaxPoolingLayer.cpp                  detect_lane_initialize.h               
MWMaxPoolingLayer.hpp                  detect_lane_initialize.o               
MWMaxPoolingLayer.o                    detect_lane_internal_types.h           
MWMaxPoolingLayerImpl.cu               detect_lane_rtw.mk                     
MWMaxPoolingLayerImpl.hpp              detect_lane_terminate.cu               
MWMaxPoolingLayerImpl.o                detect_lane_terminate.h                
MWNormLayer.cpp                        detect_lane_terminate.o                
MWNormLayer.hpp                        detect_lane_types.h                    
MWNormLayer.o                          examples                               
MWNormLayerImpl.cu                     gpu_codegen_info.mat                   
MWNormLayerImpl.hpp                    html                                   
MWNormLayerImpl.o                      interface                              
MWOutputLayer.cpp                      mean.bin                               
MWOutputLayer.hpp                      predict.cu                             
MWOutputLayer.o                        predict.h                              
MWOutputLayerImpl.cu                   predict.o                              
MWOutputLayerImpl.hpp                  rtw_proj.tmw                           
MWOutputLayerImpl.o                    rtwtypes.h                             
MWReLULayer.cpp                        
MWReLULayer.hpp                        

Сгенерируйте дополнительные файлы для последующей обработки Выход

Среднее значение экспорта и значения станд. от обучившего сеть для использования во время выполнения.

codegendir = fullfile(pwd, 'codegen', 'lib','detect_lane');
fid = fopen(fullfile(codegendir,'mean.bin'), 'w');
A = [coeffMeans coeffStds];
fwrite(fid, A, 'double');
fclose(fid);

MainFile

Скомпилируйте сетевой код при помощи основного файла. Основной файл использует OpenCV VideoCapture метод, чтобы считать системы координат из входного видео. Каждый кадр обрабатывается и классифицируется, пока больше систем координат не читается. Прежде, чем отобразить вывод для каждой системы координат, выходные параметры постобрабатываются при помощи detect_lane функция сгенерирована в detect_lane.cu.

type main_lanenet.cu
/* Copyright 2016 The MathWorks, Inc. */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <cuda.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/core/types.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <list>
#include <cmath>
#include "detect_lane.h"

using namespace cv;
void readData(float *input, Mat& orig, Mat & im)
{
	Size size(227,227);
	resize(orig,im,size,0,0,INTER_LINEAR);
	for(int j=0;j<227*227;j++)
	{
		//BGR to RGB
		input[2*227*227+j]=(float)(im.data[j*3+0]);
		input[1*227*227+j]=(float)(im.data[j*3+1]);
		input[0*227*227+j]=(float)(im.data[j*3+2]);
	}
}

void addLane(float pts[28][2], Mat & im, int numPts)
{
    std::vector<Point2f> iArray;
    for(int k=0; k<numPts; k++) 
    {
        iArray.push_back(Point2f(pts[k][0],pts[k][1]));    
    }	
    Mat curve(iArray, true);
    curve.convertTo(curve, CV_32S); //adapt type for polylines
    polylines(im, curve, false, CV_RGB(255,255,0), 2, LINE_AA);
}


void writeData(float *outputBuffer, Mat & im, int N, double means[6], double stds[6])
{
    // get lane coordinates
    boolean_T laneFound = 0;	
    float ltPts[56];
    float rtPts[56];	
    detect_lane(outputBuffer, means, stds, &laneFound, ltPts, rtPts);    
	
	if (!laneFound)
	{
		return;
	}
	
	float ltPtsM[28][2];
	float rtPtsM[28][2];
	for(int k=0; k<28; k++)
	{
		ltPtsM[k][0] = ltPts[k];
		ltPtsM[k][1] = ltPts[k+28];
		rtPtsM[k][0] = rtPts[k];
		rtPtsM[k][1] = rtPts[k+28];   
	}		  

	addLane(ltPtsM, im, 28);
	addLane(rtPtsM, im, 28);
}

void readMeanAndStds(const char* filename, double means[6], double stds[6])
{
    FILE* pFile = fopen(filename, "rb");
    if (pFile==NULL)
    {
        fputs ("File error",stderr);
        return;
    }

    // obtain file size
    fseek (pFile , 0 , SEEK_END);
    long lSize = ftell(pFile);
    rewind(pFile);
    
    double* buffer = (double*)malloc(lSize);
    
    size_t result = fread(buffer,sizeof(double),lSize,pFile);
    if (result*sizeof(double) != lSize) {    
        fputs ("Reading error",stderr);
        return;
    }
    
    for (int k = 0 ; k < 6; k++)
    {
        means[k] = buffer[k];
        stds[k] = buffer[k+6];
    }
    free(buffer);        
}


// Main function
int main(int argc, char* argv[])
{    
	
    float *inputBuffer = (float*)calloc(sizeof(float),227*227*3);
    float *outputBuffer = (float*)calloc(sizeof(float),6);

    if ((inputBuffer == NULL) || (outputBuffer == NULL)) {
        printf("ERROR: Input/Output buffers could not be allocated!\n");
        exit(-1);
    }
    
    // get ground truth mean and std
    double means[6];
    double stds[6];	
    readMeanAndStds("mean.bin", means, stds);	
	
	if (argc < 2)
    {
        printf("Pass in input video file name as argument\n");
        return -1;
    }
    
    VideoCapture cap(argv[1]);
    if (!cap.isOpened()) {
        printf("Could not open the video capture device.\n");
        return -1;
    }

    cudaEvent_t start, stop;
    float fps = 0;
    cudaEventCreate(&start);
    cudaEventCreate(&stop);    
    Mat orig, im;    
    namedWindow("Lane detection demo",WINDOW_NORMAL);
    while(true)
    {
        cudaEventRecord(start);
        cap >> orig;
        if (orig.empty()) break;                
        readData(inputBuffer, orig, im);		

        writeData(inputBuffer, orig, 6, means, stds);
        
        cudaEventRecord(stop);
        cudaEventSynchronize(stop);
        
        char strbuf[50];
        float milliseconds = -1.0; 
        cudaEventElapsedTime(&milliseconds, start, stop);
        fps = fps*.9+1000.0/milliseconds*.1;
        sprintf (strbuf, "%.2f FPS", fps);
        putText(orig, strbuf, Point(200,30), FONT_HERSHEY_DUPLEX, 1, CV_RGB(0,0,0), 2);
        imshow("Lane detection demo", orig); 		
        if( waitKey(50)%256 == 27 ) break; // stop capturing by pressing ESC	*/       
    }
    destroyWindow("Lane detection demo");
	
    free(inputBuffer);
    free(outputBuffer);
        
    return 0;
}

Загрузите видео в качестве примера

if ~exist('./caltech_cordova1.avi', 'file')
    url = 'https://www.mathworks.com/supportfiles/gpucoder/media/caltech_cordova1.avi';
    websave('caltech_cordova1.avi', url);
end

Исполняемый файл сборки

if ispc
    setenv('MATLAB_ROOT', matlabroot);
    vcvarsall = mex.getCompilerConfigurations('C++').Details.CommandLineShell;
    setenv('VCVARSALL', vcvarsall);
    system('make_win_lane_detection.bat');
    cd(codegendir);
    system('lanenet.exe ..\..\..\caltech_cordova1.avi');
else
    setenv('MATLAB_ROOT', matlabroot);
    system('make -f Makefile_lane_detection.mk');
    cd(codegendir);
    system('./lanenet ../../../caltech_cordova1.avi');
end

Введите снимок экрана

Выведите снимок экрана

Похожие темы