文章作者：英特爾邊緣計算創新大使戰鵬州

01. 簡介

本文章將介紹使用 OpenVINO2023.0 C++ API 開發YOLOv8-Seg 實例分割（Instance Segmentation）模型的 AI 推理程序。本文 C++ 范例程序的開發環境是 Windows + Visual Studio Community 2022。

請讀者先配置基于 Visual Studio 的 OpenVINO C++ 開發環境。

請克隆本文的代碼倉：

git clone

https://gitee.com/ppov-nuc/yolov8_openvino_cpp.git

02. 導出YOLOv8-Seg OpenVINO IR 模型

YOLOv8 是 Ultralytics 公司基于 YOLO 框架，發布的一款面向物體檢測與跟蹤、實例分割、圖像分類和姿態估計任務的 SOTA 模型工具套件。

首先用命令：

pip install -r requirements.txt

安裝 ultralytics 和 openvino-dev 。

然后使用命令：

yolo export model=yolov8n-seg.pt format=openvino half=True

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導出 FP16 精度的 OpenVINO IR 模型，如下圖所示。

接著使用命令：

benchmark_app -m yolov8n-seg.xml -d GPU.1

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獲得 yolov8n-seg.xml 模型在 A770m 獨立顯卡上的異步推理計算性能，如下圖所示。

03.使用 OpenVINO C++ API

編寫 YOLOv8-Seg 實例分割模型推理程序

使用 OpenVINO C++ API 編寫 YOLOv8-Seg 實例分割模型推理程序主要有5個典型步驟：

1采集圖像&圖像解碼

2圖像數據預處理

3AI 推理計算(基于 OpenVINO C++ API )

4對推理結果進行后處理

5將處理后的結果可視化

YOLOv8-Seg 實例分割模型推理程序的圖像數據預處理和AI推理計算的實現方式跟 YOLOv8 目標檢測模型推理程序的實現方式幾乎一模一樣，可以直接復用。

3.1圖像數據預處理

使用 Netron 打開 yolov8n-seg.onnx ，如下圖所示，可以看到：

輸入節點的名字：“ images ”；數據：float32[1,3,640,640]

輸出節點1的名字：“ output0 ”；數據：float32[1,116,8400]。其中116的前84個字段跟 YOLOv8 目標檢測模型輸出定義完全一致，即cx,cy,w,h 和80類的分數；后32個字段為掩膜置信度，用于計算掩膜數據。

輸出節點2的名字：“ output1 ”；數據：float32[1,32,160,160]。output0 后32個字段與 output1 的數據做矩陣乘法后得到的結果，即為對應目標的掩膜數據

圖像數據預處理的目標就是將任意尺寸的圖像數據轉變為形狀為[1,3,640,640]，精度為 FP32 的張量。YOLOv8-Seg 模型的輸入尺寸為正方形，為了解決將任意尺寸數據放縮為正方形帶來的圖像失真問題，在圖像放縮前，采用 letterbox 算法先保持圖像的長寬比，如下圖所示，然后再使用 cv::blobFromImage 函數對圖像進行放縮。

圖像數據預處理的范例程序如下所示：

Mat letterbox(const Mat& source)
{
  int col = source.cols;
  int row = source.rows;
  int _max = MAX(col, row);
  Mat result = Mat::zeros(_max, _max, CV_8UC3);
  source.copyTo(result(Rect(0, 0, col, row)));
  return result;
}
Mat img = cv::imread("bus.jpg"); 
Mat letterbox_img = letterbox(img);
Mat blob = blobFromImage(letterbox_img, 1.0/255.0, Size(640,640), Scalar(), true);

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3.2AI同步推理計算

用 OpenVINO C++ API 實現同步推理計算，主要有七步：

1實例化 Core 對象：ov::Core core;

2編譯并載入模型：core.compile_model();

3創建推理請求：infer_request = compiled_model.create_infer_request()；

4讀取圖像數據并完成預處理；

5將輸入數據傳入模型：infer_request.set_input_tensor(input_tensor);

6啟動推理計算：infer_request.infer();

7獲得推理結果：output0= infer_request.get_output_tensor(0) ;

output1= infer_request.get_output_tensor(1) ;

范例代碼如下所示：

 // -------- Step 1. Initialize OpenVINO Runtime Core --------
  ov::Core core;
  // -------- Step 2. Compile the Model --------
  auto compiled_model = core.compile_model("yolov8n-seg.xml", "CPU");
  // -------- Step 3. Create an Inference Request --------
  ov::InferRequest infer_request = compiled_model.create_infer_request();
  // -------- Step 4.Read a picture file and do the preprocess --------
  Mat img = cv::imread("bus.jpg");
  // Preprocess the image
  Mat letterbox_img = letterbox(img);
  float scale = letterbox_img.size[0] / 640.0;
  Mat blob = blobFromImage(letterbox_img, 1.0 / 255.0, Size(640, 640), Scalar(), true);
  // -------- Step 5. Feed the blob into the input node of the Model -------
  // Get input port for model with one input
  auto input_port = compiled_model.input();
  // Create tensor from external memory
  ov::Tensor input_tensor(input_port.get_element_type(), input_port.get_shape(), blob.ptr(0));
  // Set input tensor for model with one input
  infer_request.set_input_tensor(input_tensor);
  // -------- Step 6. Start inference --------
  infer_request.infer();
  // -------- Step 7. Get the inference result --------
  auto output0 = infer_request.get_output_tensor(0); //output0
  auto output1 = infer_request.get_output_tensor(1); //otuput1

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3.3推理結果后處理

實例分割推理程序的后處理是從結果中拆解出預測別類（class_id），類別分數（class_score），類別邊界框（box）和類別掩膜（mask），范例代碼如下所示：

// -------- Step 8. Postprocess the result --------
  Mat output_buffer(output0_shape[1], output0_shape[2], CV_32F, output0.data());
  Mat proto(32, 25600, CV_32F, output1.data()); //[32,25600]
  transpose(output_buffer, output_buffer); //[8400,116]
  float score_threshold = 0.25;
  float nms_threshold = 0.5;
  std::vector class_ids;
  std::vector class_scores;
  std::vector boxes;
  std::vector mask_confs;
  // Figure out the bbox, class_id and class_score
  for (int i = 0; i < output_buffer.rows; i++) {
 ? ? ? ?Mat classes_scores = output_buffer.row(i).colRange(4, 84);
 ? ? ? ?Point class_id;
 ? ? ? ?double maxClassScore;
 ? ? ? ?minMaxLoc(classes_scores, 0, &maxClassScore, 0, &class_id);


 ? ? ? ?if (maxClassScore > score_threshold) {
      class_scores.push_back(maxClassScore);
      class_ids.push_back(class_id.x);
      float cx = output_buffer.at(i, 0);
      float cy = output_buffer.at(i, 1);
      float w = output_buffer.at(i, 2);
      float h = output_buffer.at(i, 3);
      int left = int((cx - 0.5 * w) * scale);
      int top = int((cy - 0.5 * h) * scale);
      int width = int(w * scale);
      int height = int(h * scale);
      cv::Mat mask_conf = output_buffer.row(i).colRange(84, 116);
      mask_confs.push_back(mask_conf);
      boxes.push_back(Rect(left, top, width, height));
    }
  }
  //NMS
  std::vector indices;
  NMSBoxes(boxes, class_scores, score_threshold, nms_threshold, indices);

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完整范例參考參見：yolov8_seg_ov_infer.cpp ，運行結果如下圖所示：

04 結論

OpenVINOC++ API 簡單清晰，易學易用。本文用不到100行(不含可視化檢測結果) C++ 代碼就實現了基于 OpenVINO 的 YOLOv8-Seg 實例分割模型推理程序，在英特爾 獨立顯卡 A770m 上獲得了較好的推理計算性能。

審核編輯：湯梓紅