PyTorch导出JIT模型并用C++ API libtorch调用
本文将介绍如何将一个 PyTorch 模型导出为 JIT 模型并用 PyTorch 的 C++API libtorch运行这个模型。
Step1：导出模型
首先我们进行第一步，用 Python API 来导出模型，由于本文的重点是在后面的部署阶段，因此，模型的训练就不进行了，直接对 torchvision 中自带的 ResNet50 进行导出。在实际应用中，大家可以对自己训练好的模型进行导出。
# export_jit_model.py
import torch
import torchvision.models as modelsmodel = models.resnet50(pretrained=True)
model.eval()example_input = torch.rand(1, 3, 224, 224)jit_model = torch.jit.trace(model, example_input)
torch.jit.save(jit_model, 'resnet50_jit.pth')
导出 JIT 模型的方式有两种：trace 和 script。
我们采用 torch.jit.trace 的方式来导出 JIT 模型，这种方式会根据一个输入将模型跑一遍，然后记录下执行过程。这种方式的问题在于对于有分支判断的模型不能很好的应对，因为一个输入不能覆盖到所有的分支。但是在我们 ResNet50 模型中不会遇到分支判断，因此这里是合适的。关于两种导出 JIT 模型的方式各自优劣不是本文的中断，以后会再写一篇来分析。
在我们的工程目录 demo 下运行上面的 export_jit_model.py ，会得到一个 JIT 模型件：resnet50_jit.pth。
Step 2：安装libtorch
接下来我们要安装 PyTorch 的 C++ API：libtorch。这一步很简单，直接下载官方预编译的文件并解压即可：
wget https://download.pytorch.org/libtorch/nightly/cpu/libtorch-shared-with-deps-latest.zip
unzip libtorch-shared-with-deps-latest.zip
也解压在我们的工程目录 demo 下即可。
Step 3：安装OpenCV
用 Python 或 C++ 做图像任务，OpenCV 是经常用到的。如果还没有安装的读者可以参考如下在工程目录 demo 下进行安装，构建的过程可能会比较久。已经安装的读者可跳过此步骤，一会儿在 CMakeLists.txt 文件中正确地指定本机的 OpenCV 地址即可。
git clone --branch 3.4 --depth 1 https://github.com/opencv/opencv.git
mkdir demo/build && cd demo/build
cmake ..
make -j 6
Step 4：准备测试图像并用Python测试
我们先准备一张小猫的图像，并用 PyTorch ResNet50 模型正常跑一下，一会儿与我们 C++ 模型运行的结果对比来验证 C++ 模型是否被正确的部署。
kitten.jpg：
写一个脚本用 PyTorch 运行一下模型：
# pytorch_test.pyimport torchvision.models as models
from torchvision.transforms import transforms
import torch
from PIL import Image# normalize = transforms.Normalize(mean=[0.5, 0.5, 0.5], std=[0.5, 0.5, 0.5])
all_transforms = transforms.Compose([transforms.Resize(224),transforms.ToTensor()])# normalize])model = models.resnet50(pretrained=True)
model.eval()img = Image.open('kitten.jpg').convert('RGB')
img_tensor = all_transforms(img).unsqueeze(dim=0)
pred = model(img_tensor).squeeze(dim=0)
print(torch.argmax(pred).item())
输出结果是：282。通过查看ImageNet 1K 类别名与索引的对应关系，可以看到，结果为 tiger cat，模型预测正确。一会儿我们看一下部署后的 C++ 模型是否能正确输出结果 282。
Step 5：准备cpp源文件
我们下面准备一会要执行的 cpp 源文件，第一次使用 libtorch 的读者可以先借鉴下面的文件。
这里有几个点要说一下，不注意可能会犯错：
-
cv::imread()默认读取为三通道BGR，需要进行B/R通道交换，这里采用cv::cvtColor()实现。 -
图像尺寸需要调整到 224×224224\times 224224×224，通过
cv::resize()实现。 -
opencv读取的图像矩阵存储形式：H x W x C, 但是pytorch中 Tensor的存储为：N x C x H x W, 因此需要进行变换，就是
np.transpose()操作，这里使用tensor.permut()实现，效果是一样的。 -
数据归一化，采用
tensor.div(255)实现。
// test_model.cpp
#include <vector>#include <torch/torch.h>
#include <torch/script.h>#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>int main(int argc, char* argv[]) {// 加载JIT模型auto module = torch::jit::load(argv[1]);// 加载图像auto image = cv::imread(argv[2], cv::ImreadModes::IMREAD_COLOR);cv::Mat image_transfomed;cv::resize(image, image_transfomed, cv::Size(224, 224));cv::cvtColor(image_transfomed, image_transfomed, cv::COLOR_BGR2RGB);// 图像转换为Tensortorch::Tensor tensor_image = torch::from_blob(image_transfomed.data, {image_transfomed.rows, image_transfomed.cols, 3},torch::kByte);tensor_image = tensor_image.permute({2, 0, 1});// tensor_image = tensor_image.toType(torch::kFloat);tensor_image = tensor_image.div(255.);// tensor_image = tensor_image.sub(0.5);// tensor_image = tensor_image.div(0.5);tensor_image = tensor_image.unsqueeze(0);// 运行模型torch::Tensor output = module.forward({tensor_image}).toTensor();// 结果处理int result = output.argmax().item<int>();std::cout << "The classifiction index is: " << result << std::endl;return 0;
}
Step 6：构建运行验证
我们先来写一下 CMakeLists.txt：
cmake_minimum_required(VERSION 3.0 FATAL_ERROR)
project(resnet50)find_package(Torch REQUIRED PATHS ./libtorch)
find_package(OpenCV REQUIRED)add_executable(resnet50 test_model.cpp)
target_link_libraries(resnet50 "${TORCH_LIBRARIES}" "${OpenCV_LIBS}")set_property(TARGET resnet50 PROPERTY CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED TRUE)set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} ${TORCH_CXX_FLAGS}")
现在我们的工程目录 demo 下有以下文件：
CMakeLists.txt export_jit_model.py kitten.jpg libtorch pytorch_test.py resnet50_jit.pth test_model.cpp
然后开始用 CMake 构建工程：
mkdir build && cd build
OpenCV_DIR=[YOUR_PATH_TO_OPENCV]/opencv/build cmake ..
make
整个过程没有报错的话我们就已经构建完成了，会得到一个可执行文件 resnet50 在工程目录 demo 下。
接下来我们执行，并验证运行结果是否与 PyTorch 的结果一致：
./build/resnet50 resnet50_jit.pth kitten.jpg
输出：
The classifiction index is: 282
运行成功并且结果正确。
Ref：
https://www.jianshu.com/p/7cddc09ca7a4
https://blog.csdn.net/cxx654/article/details/115916275
https://zhuanlan.zhihu.com/p/370455320
