ONNX系列一：ONNX的使用,从转化到推理_onnx模型推理

onnx模型在算法岗位上属于接触到比较多的一款框架，随着接触到的框架越来越多，不免会产生一些遗忘。因此，写下这篇文章，记录下来学习onnx框架的一些心得体会。

1.pytorch转化onnx

这一步属于比较简单的步骤，代码中详细的参数参考下列表格。

import torch
# 模型保存时，只保存了模型的参数，官方推荐
# 必须先实例化你的网络架构，然后再加载模型
model = YourNet()
model.load_state_dict(torch.load("path_to_yourModel.pt"))
# 如果保存pt模型时保存了完成的模型，则直接使用torch.load("path_to_yourModel.pt")
 
# 模型的输入输出名，有几个就在列表里写几个
input_list = ['input']
output_list=['output1', 'output2']
 
# 模拟模型的输入
x = torch.randn(1, 3, 256, 256)
with torch.no_grad():
    torch.onnx.export(
        model,
        x,
        "./model/srcnn.onnx",
        opset_version=11,
        input_names=input_list,
        output_names=output_list)
 
# 如果需要动态输入输出，则可以使用dynamic_axes，如：
#torch.onnx.export(
#        model,
#        x,
#        "./model/srcnn.onnx",
#        opset_version=11,
#        input_names=input_list,
#        output_names=output_list,
#        dynamic_axes={
#        'output1': [0, 1, 2, 3]
#       ' output2': [0, 1, 2, 3]}
#)

参数列表如下：

参数讲解：

(1)为什么需要模型的一组输入：

pytorch有两种方式转onnx：一种是trace（跟踪）（不会考虑诸如if-else的控制流），另一种是script（记录）（会记录诸如if-else的控制流）。

torch.onnx.export使用的是trace方法导出onnx，即onnx记录不考虑控制流的静态图。

trace方式的特点是：任意给点一组输入，再运行一遍模型，在模型运行的过程中，把计算图保存下来，导出模型的静态图。

script方式的特点是：通过解析模型来记录所有的控制流。

由于推理引擎对静态图比较友好，所以通常会直接使用torch.onnx.export导出静态模型。

(2)为什么ONNX 模型的每个输入和输出张量都有一个名字。

很多推理引擎在运行 ONNX 文件时，都需要以“名称-张量值”的数据对来输入数据，并根据输出张量的名称来获取输出数据。

在进行跟张量有关的设置（比如添加动态维度）时，也需要知道张量的名字。

2.简化得到的ONNX模型

经过上述步骤得到的ONNX模型可能会存在很多冗余的算子，因此对ONNX模型进行简化是非常重要的。用onnx-simplify作者的话说：“ONNX牛逼但啰嗦”，不得不说，“雀食”如此,你瞅。

2.1安装onnx-simplify

pip3 install -U pip && pip3 install onnxsim

2.2使用onnx-sim

cd /path_to_your_model.onnx
onnxsim your_origin_model.onnx simplified_model.onnx 

3.使用ONNXRuntime进行推理

import numpy as np
import onnx
import onnxruntime as rt
import cv2
 
input_image_path = 'path_to_test_image'
ONNX_Model_Path = 'path_to_onnx_model'
 
def onnx_infer(im, onnx_model):
 
    # InferenceSession获取onnxruntime解释器
    sess = rt.InferenceSession(onnx_model)
    # 模型的输入输出名，必须和onnx的输入输出名相同，可以通过netron查看，如何查看参考下文
    input_name = "input"
    output_name = ['boxes', 'labels', 'scores', 'masks']
    # run方法用于模型推理，run(输出张量名列表，输入值字典)
    output = sess.run(output_name, {input_name: im})
    boxes = output[0]
    labels = output[1]
    scores = output[2]
    masks = output[3]
 
if __name__ == '__main__':
    # 图片的预处理
    img = cv2.imread(input_image_path)
    img = cv2.resize(img, (256, 256))
    img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
    img = img.transpose(2, 0, 1)
    img = img.astype(np.float32) / 255
    img = np.expand_dims(img, axis=0)  # 3维转4维
 
    output = onnx_infer(img, ONNX_Model_Path)

转换后的onnx模型可以通过netron查看，其中模型的输入输出名以你的模型上的INPUTS和OUTPUTS为主，如下：

具体模型使用OnnxRuntime进行推理，可以参考我的另一篇博客：Yolov5使用OnnxRuntime进行推理

4.ONNXRuntime 使用多核进行推理

import onnxruntime as rt
import onnx
import numpy as np
import time
 
ONNX_Model_Path = 'path_to_onnx_model'
 
img = np.ones((1, 3, 640, 640)).astype(np.float32)
 
# 加载模型，传入模型路径
model = onnx.load_model(ONNX_Model_Path)
 
# 创建一个SessionOptions对象
rtconfig = rt.SessionOptions()
 
# 设置CPU线程数为4
cpu_num_thread = 4
 
# 设置执行模式为ORT_SEQUENTIAL(即顺序执行)
rtconfig.intra_op_num_threads = cpu_num_thread
rtconfig.execution_mode = rt.ExecutionMode.ORT_SEQUENTIAL
 
# 设置使用的ExecutionProvider为CPUExecutionProvider
providers = ['CPUExecutionProvider']
 
# 创建一个InferenceSession对象
sess = rt.InferenceSession(model.SerializeToString(), providers=providers, sess_options=rtconfig)
 
# 模型的输入和输出节点名，可以通过netron查看
input_name = 'images'
outputs_name = ['output']
 
# 模型推理:模型输出节点名，模型输入节点名，输入数据(注意节点名的格式！！！！！)
 
net_outs = sess.run(outputs_name, {input_name: img})
result = np.array(net_outs)