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# Paddle-Lite端侧部署
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本教程将介绍基于[Paddle Lite](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite) 在移动端部署PaddleDetection模型的详细步骤。
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Paddle Lite是飞桨轻量化推理引擎，为手机、IOT端提供高效推理能力，并广泛整合跨平台硬件，为端侧部署及应用落地问题提供轻量化的部署方案。
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## 1. 准备环境
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### 运行准备
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- 电脑（编译Paddle Lite）
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- 安卓手机（armv7或armv8）
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### 1.1 准备交叉编译环境
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交叉编译环境用于编译 Paddle Lite 和 PaddleDetection 的C++ demo。
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支持多种开发环境，不同开发环境的编译流程请参考对应文档。
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1. [Docker](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/source_compile/compile_env.html#docker)
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2. [Linux](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/source_compile/compile_env.html#linux)
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3. [MAC OS](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/source_compile/compile_env.html#mac-os)
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### 1.2 准备预测库
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预测库有两种获取方式：
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1. [**建议**]直接下载，预测库下载链接如下：
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|平台|预测库下载链接|
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|Android|[arm7](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite/releases/download/v2.8/inference_lite_lib.android.armv7.gcc.c++_static.with_extra.with_cv.tar.gz) / [arm8](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite/releases/download/v2.8/inference_lite_lib.android.armv8.gcc.c++_static.with_extra.with_cv.tar.gz)|
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|iOS|[arm7](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite/releases/download/v2.8/inference_lite_lib.ios.armv7.with_cv.with_extra.tiny_publish.tar.gz) / [arm8](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite/releases/download/v2.8/inference_lite_lib.ios.armv8.with_cv.with_extra.tiny_publish.tar.gz)|
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注：1. 如果是从 Paddle-Lite [官方文档](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/quick_start/release_lib.html#android-toolchain-gcc)下载的预测库，注意选择`with_extra=ON，with_cv=ON`的下载链接。
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2. 编译Paddle-Lite得到预测库，Paddle-Lite的编译方式如下：
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```shell
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git clone https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite.git
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cd Paddle-Lite
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# 如果使用编译方式，建议使用develop分支编译预测库
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git checkout develop
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./lite/tools/build_android.sh --arch=armv8 --with_cv=ON --with_extra=ON
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```
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**注意**：编译Paddle-Lite获得预测库时，需要打开`--with_cv=ON --with_extra=ON`两个选项，`--arch`表示`arm`版本，这里指定为armv8，更多编译命令介绍请参考[链接](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/source_compile/compile_andriod.html#id2)。
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直接下载预测库并解压后，可以得到`inference_lite_lib.android.armv8.gcc.c++_static.with_extra.with_cv/`文件夹，通过编译Paddle-Lite得到的预测库位于`Paddle-Lite/build.lite.android.armv8.gcc/inference_lite_lib.android.armv8/`文件夹下。
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预测库的文件目录如下：
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```
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inference_lite_lib.android.armv8/
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|-- cxx C++ 预测库和头文件
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| |-- include C++ 头文件
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| | |-- paddle_api.h
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| | |-- paddle_image_preprocess.h
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| | |-- paddle_lite_factory_helper.h
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| | |-- paddle_place.h
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| | |-- paddle_use_kernels.h
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| | |-- paddle_use_ops.h
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| | `-- paddle_use_passes.h
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| `-- lib C++预测库
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| |-- libpaddle_api_light_bundled.a C++静态库
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| `-- libpaddle_light_api_shared.so C++动态库
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|-- java Java预测库
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| |-- jar
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| | `-- PaddlePredictor.jar
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| |-- so
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| | `-- libpaddle_lite_jni.so
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| `-- src
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|-- demo C++和Java示例代码
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| |-- cxx C++ 预测库demo
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| `-- java Java 预测库demo
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```
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## 2 开始运行
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### 2.1 模型优化
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Paddle-Lite 提供了多种策略来自动优化原始的模型，其中包括量化、子图融合、混合调度、Kernel优选等方法，使用Paddle-Lite的`opt`工具可以自动对inference模型进行优化，目前支持两种优化方式，优化后的模型更轻量，模型运行速度更快。
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**注意**：如果已经准备好了 `.nb` 结尾的模型文件，可以跳过此步骤。
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#### 2.1.1 安装paddle_lite_opt工具
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安装paddle_lite_opt工具有如下两种方法：
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1. [**建议**]pip安装paddlelite并进行转换
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```shell
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pip install paddlelite
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```
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2. 源码编译Paddle-Lite生成opt工具
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模型优化需要Paddle-Lite的`opt`可执行文件，可以通过编译Paddle-Lite源码获得，编译步骤如下：
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```shell
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# 如果准备环境时已经clone了Paddle-Lite，则不用重新clone Paddle-Lite
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git clone https://github.com/PaddlePaddle/Paddle-Lite.git
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cd Paddle-Lite
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git checkout develop
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# 启动编译
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./lite/tools/build.sh build_optimize_tool
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```
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编译完成后，`opt`文件位于`build.opt/lite/api/`下，可通过如下方式查看`opt`的运行选项和使用方式；
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```shell
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cd build.opt/lite/api/
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./opt
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```
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`opt`的使用方式与参数与上面的`paddle_lite_opt`完全一致。
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之后使用`paddle_lite_opt`工具可以进行inference模型的转换。`paddle_lite_opt`的部分参数如下：
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|选项|说明|
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|--model_file|待优化的PaddlePaddle模型（combined形式）的网络结构文件路径|
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|--param_file|待优化的PaddlePaddle模型（combined形式）的权重文件路径|
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|--optimize_out_type|输出模型类型，目前支持两种类型：protobuf和naive_buffer，其中naive_buffer是一种更轻量级的序列化/反序列化实现，默认为naive_buffer|
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|--optimize_out|优化模型的输出路径|
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|--valid_targets|指定模型可执行的backend，默认为arm。目前可支持x86、arm、opencl、npu、xpu，可以同时指定多个backend(以空格分隔)，Model Optimize Tool将会自动选择最佳方式。如果需要支持华为NPU（Kirin 810/990 Soc搭载的达芬奇架构NPU），应当设置为npu, arm|
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更详细的`paddle_lite_opt`工具使用说明请参考[使用opt转化模型文档](https://paddle-lite.readthedocs.io/zh/latest/user_guides/opt/opt_bin.html)
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`--model_file`表示inference模型的model文件地址，`--param_file`表示inference模型的param文件地址；`optimize_out`用于指定输出文件的名称（不需要添加`.nb`的后缀）。直接在命令行中运行`paddle_lite_opt`，也可以查看所有参数及其说明。
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#### 2.1.3 转换示例
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下面以PaddleDetection中的 `PP-YOLO-tiny` 模型为例，介绍使用`paddle_lite_opt`完成预训练模型到inference模型，再到Paddle-Lite优化模型的转换。
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```shell
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# 进入PaddleDetection根目录
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cd PaddleDetection_root_path
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# 将预训练模型导出为inference模型
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python tools/export_model.py -c configs/ppyolo/ppyolo_tiny_650e_coco.yml -o weights=https://paddledet.bj.bcebos.com/models/ppyolo_tiny_650e_coco.pdparams
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# 将inference模型转化为Paddle-Lite优化模型
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paddle_lite_opt --model_file=output_inference/ppyolo_tiny_650e_coco/model.pdmodel --param_file=output_inference/ppyolo_tiny_650e_coco/model.pdiparams --optimize_out=ppyolo_tiny
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```
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最终在当前文件夹下生成`ppyolo_tiny.nb`的文件。
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**注意**：`--optimize_out` 参数为优化后模型的保存路径，无需加后缀`.nb`；`--model_file` 参数为模型结构信息文件的路径，`--param_file` 参数为模型权重信息文件的路径，请注意文件名。
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### 2.2 与手机联调
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首先需要进行一些准备工作。
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1. 准备一台arm8的安卓手机，如果编译的预测库和opt文件是armv7，则需要arm7的手机，并修改Makefile中`ARM_ABI = arm7`。
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2. 电脑上安装ADB工具，用于调试。 ADB安装方式如下：
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2.1. MAC电脑安装ADB:
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```shell
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brew cask install android-platform-tools
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```
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2.2. Linux安装ADB
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```shell
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sudo apt update
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sudo apt install -y wget adb
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```
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2.3. Window安装ADB
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win上安装需要去谷歌的安卓平台下载ADB软件包进行安装：[链接](https://developer.android.com/studio)
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3. 手机连接电脑后，开启手机`USB调试`选项，选择`文件传输`模式，在电脑终端中输入：
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```shell
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adb devices
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```
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如果有device输出，则表示安装成功，如下所示：
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```
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List of devices attached
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744be294 device
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```
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4. 准备优化后的模型、预测库文件、测试图像和类别映射文件。
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```shell
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cd PaddleDetection_root_path
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cd deploy/lite/
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# 将预测库文件、测试图像和使用的类别字典文件放置在预测库中的demo/cxx/detection文件夹下
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inference_lite_path=/{lite prediction library path}/inference_lite_lib.android.armv8.gcc.c++_static.with_extra.with_cv/
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mkdir -p $inference_lite_path/demo/cxx/detection/debug/
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cp ../../ppyolo_tiny.nb $inference_lite_path/demo/cxx/detection/debug/
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cp ./coco_label_list.txt $inference_lite_path/demo/cxx/detection/debug/
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cp Makefile run_detection.cc $inference_lite_path/demo/cxx/detection/
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cp ./config_ppyolo_tiny.txt $inference_lite_path/demo/cxx/detection/debug/
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cp ../../demo/000000014439.jpg $inference_lite_path/demo/cxx/detection/debug/
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# 进入lite demo的工作目录
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cd /{lite prediction library path}/inference_lite_lib.android.armv8/
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cd demo/cxx/detection/
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# 将C++预测动态库so文件复制到debug文件夹中
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cp ../../../cxx/lib/libpaddle_light_api_shared.so ./debug/
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```
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执行完成后，detection文件夹下将有如下文件格式：
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```
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demo/cxx/detection/
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|-- debug/
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| |--ppyolo_tiny.nb 优化后的检测器模型文件
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| |--000000014439.jpg 待测试图像
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| |--coco_label_list.txt 类别映射文件
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| |--libpaddle_light_api_shared.so C++预测库文件
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| |--config_ppyolo_tiny.txt 检测模型预测超参数配置
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|-- run_detection.cc 目标检测代码文件
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|-- Makefile 编译文件
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```
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**注意：**
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* 上述文件中，`coco_label_list.txt` 是COCO数据集的类别映射文件，如果使用自定义的类别，需要更换该类别映射文件。
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* `config_ppyolo_tiny.txt` 包含了检测器的超参数，如下：
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```shell
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model_file ./ppyolo_tiny.nb # 模型文件地址
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label_path ./coco_label_list.txt # 类别映射文本文件
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num_threads 1 # 线程数
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enable_benchmark 1 # 是否运行benchmark
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Resize 320,320 # resize图像尺寸
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keep_ratio False # 是否keep ratio
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mean 0.485,0.456,0.406 # 预处理均值
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std 0.229,0.224,0.225 # 预处理方差
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precision fp32 # 模型精度
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```
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5. 启动调试，上述步骤完成后就可以使用ADB将文件夹 `debug/` push到手机上运行，步骤如下：
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```shell
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# 执行编译，得到可执行文件detect_system
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make
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# 将编译得到的可执行文件移动到debug文件夹中
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mv detect_system ./debug/
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# 将上述debug文件夹push到手机上
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adb push debug /data/local/tmp/
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adb shell
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cd /data/local/tmp/debug
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export LD_LIBRARY_PATH=/data/local/tmp/debug:$LD_LIBRARY_PATH
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# detect_system可执行文件的使用方式为:
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# ./detect_system 配置文件路径 测试图像路径
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./detect_system ./config_ppyolo_tiny.txt ./000000014439.jpg
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```
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如果对代码做了修改，则需要重新编译并push到手机上。
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运行效果如下：
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<div align="center">
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<img src="../../docs/images/lite_demo.jpg" width="600">
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</div>
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## FAQ
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Q1：如果想更换模型怎么办，需要重新按照流程走一遍吗？
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A1：如果已经走通了上述步骤，更换模型只需要替换 `.nb` 模型文件即可，同时要注意修改下配置文件中的 `.nb` 文件路径以及类别映射文件（如有必要）。
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Q2：换一个图测试怎么做？
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A2：替换 debug 下的测试图像为你想要测试的图像，使用 ADB 再次 push 到手机上即可。
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