【OpenVINOSharp】在英特尔® 开发者套件爱克斯开发板使用OpenVinoSharp部署Yolov8模型

  英特尔发行版 OpenVINO™工具套件基于oneAPI 而开发，可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件，适用于从边缘到云的各种英特尔平台上，帮助用户更快地将更准确的真实世界结果部署到生产系统中。通过简化的开发工作流程， OpenVINO™可赋能开发者在现实世界中部署高性能应用程序和算法。

  C#是由C和C++衍生出来的一种安全的、稳定的、简单的、优雅的面向对象编程语言。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。然而 OpenVINO™未提供C#语言接口，这对在C#中使用 OpenVINO™带来了很多麻烦，在之前的工作中，我们推出了OpenVinoSharp，旨在推动 OpenVINO™在C#领域的应用，目前已经成功在Window平台实现使用。在本文中，我们将介绍如何在 AIxBoard开发板上基于Linux系统实现OpenVinoSharp。

  项目中所使用的代码已上传至OpenVinoSharp仓库中，GitHub网址为：

https://github.com/guojin-yan/OpenVINOSharp/blob/openvinosharp3.0/tutorial_examples/AlxBoard_deploy_yolov8/Program.cs

  技术文档首发网址：在英特尔® 开发者套件上使用 OpenVINOSharp 部署 YOLOv8 模型 | 开发者实战

一、英特尔开发套件 AIxBoard 介绍

1. 产品定位

  英特尔开发套件 AIxBoard(爱克斯板)是英特尔开发套件官方序列中的一员，专为入门级人工智能应用和边缘智能设备而设计。爱克斯板能完美胜人工智能学习、开发、实训、应用等不同应用场景。该套件预装了英特尔OpenVINO™工具套件、模型仓库和演示案例，便于您轻松快捷地开始应用开发。

  套件主要接口与Jetson Nano载板兼容，GPIO与树莓派兼容，能够最大限度地复用成熟的生态资源。这使得套件能够作为边缘计算引擎，为人工智能产品验证和开发提供强大支持；同时，也可以作为域控核心，为机器人产品开发提供技术支撑。

  使用AIxBoard(爱克斯板)开发套件，您将能够在短时间内构建出一个出色的人工智能应用应用程序。无论是用于科研、教育还是商业领域，爱克斯板都能为您提供良好的支持。借助 OpenVINO™ 工具套件，CPU、iGPU 都具备强劲的 AI 推理能力，支持在图像分类、目标检测、分割和语音处理等应用中并行运行多个神经网络。

2. 产品参数

主控	英特尔赛扬N5105 2.0-2.9GHz (formerly Jasper Lake)
内存	板载LPDDR4x 2933MHz, 4GB/6GB/8GB
存储	板载 64GB eMMC存储
存储扩展	1个M.2 Key-M 2242扩展槽, 支持SATA&NVME协议
BIOS	AMI UEFI BIOS
系统支持	Ubuntu20.04 LTS
	Winodws 10/11

3. AI推理单元

  借助OpenVINO工具，能够实现CPU+iGPU异构计算推理，IGPU算力约为0.6TOPS

CPU	INT8/FP16/FP32
iGPU	INT8/FP16 0.6TOPS
GNA	高斯及神经加速器

二、配置 .NET 环境

  .NET 是一个免费的跨平台开源开发人员平台 ，用于构建多种应用程序。下面将演示 AIxBoard 如何在 Ubuntu 20.04 上安装 .NET环境，支持 .NET Core 2.0-3.1 系列 以及.NET 5-8 系列 ，如果你的 AIxBoard 使用的是其他Linux系统，你可以参考在 Linux 发行版上安装 .NET - .NET | Microsoft Learn。

1. 添加 Microsoft 包存储库

  使用 APT 进行安装可通过几个命令来完成。 安装 .NET 之前，请运行以下命令，将 Microsoft 包签名密钥添加到受信任密钥列表，并添加包存储库。

  打开终端并运行以下命令：

wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/20.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
rm packages-microsoft-prod.deb

  下图为输入上面命令后控制台的输出：

2. 安装 SDK

  .NET SDK 使你可以通过 .NET 开发应用。 如果安装 .NET SDK，则无需安装相应的运行时。 若要安装 .NET SDK，请运行以下命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y dotnet-sdk-3.1

  下图为安装后控制台的输出：

3. 测试安装

  通过命令行可以检查 SDK 版本以及Runtime时版本。

dotnet --list-sdks
dotnet --list-runtimes

  下图为输入测试命令后控制台的输出：

4. 测试控制台项目

  在linux环境下，我们可以通过dotnet命令来创建和编译项目，项目创建命令为：

dotnet new <project_type> -o <project name>

  此处我们创建一个简单测试控制台项目：

dotnet new console -o test_net6.0
cd test_net6.0
dotnet run

  下图为输入测试命令后控制台的输出以及项目文件夹文件情况，C#项目会自动创建一个Program.cs程序文件，里面包含了程序运行入口主函数，同时还会创建一个***.csproj**文件，负责指定项目编译中的一些配置。

  以上就是.NET环境的配置步骤，如果你的环境与本文不匹配，可以通过.NET 文档 | Microsoft Learn 获取更多安装步骤。

三、安装 OpenVINO Runtime

  OpenVINO™ 有两种安装方式: OpenVINO Runtime和OpenVINO Development Tools。OpenVINO Runtime包含用于在处理器设备上运行模型部署推理的核心库。OpenVINO Development Tools是一组用于处理OpenVINO和OpenVINO模型的工具，包括模型优化器、OpenVINO Runtime、模型下载器等。在此处我们只需要安装OpenVINO Runtime即可。

1. 下载 OpenVINO Runtime

  访问Download the Intel Distribution of OpenVINO Toolkit页面，按照下面流程选择相应的安装选项，在下载页面，由于我们的设备使用的是Ubuntu20.04，因此下载时按照指定的编译版本下载即可。

2. 解压安装包

  我们所下载的 OpenVINO Runtime 本质是一个C++依赖包，因此我们把它放到我们的系统目录下，这样在编译时会根据设置的系统变量获取依赖项。首先在系统文件夹下创建一个文件夹：

sudo mkdir -p /opt/intel

  然后解压缩我们下载的安装文件，并将其移动到指定文件夹下：

tar -xvzf l_openvino_toolkit_ubuntu20_2023.0.1.11005.fa1c41994f3_x86_64.tgz
sudo mv l_openvino_toolkit_ubuntu20_2023.0.1.11005.fa1c41994f3_x86_64 /opt/intel/openvino_2022.3.0

3. 安装依赖

  接下来我们需要安装 OpenVINO Runtime 所许雅的依赖项，通过命令行输入以下命令即可：

cd /opt/intel/openvino_2022.3.0/
sudo -E ./install_dependencies/install_openvino_dependencies.sh

4. 配置环境变量

  安装完成后，我们需要配置环境变量，以保证在调用时系统可以获取对应的文件，通过命令行输入以下命令即可：

source /opt/intel/openvino_2022.3.0/setupvars.sh

  以上就是 OpenVINO Runtime 环境的配置步骤，如果你的环境与本文不匹配，可以通过Install OpenVINO™ Runtime — OpenVINO™ documentation — Version(2023.0)获取更多安装步骤。

四、配置 AlxBoard_deploy_yolov8 项目

  项目中所使用的代码已经放在GitHub仓库AlxBoard_deploy_yolov8，大家可以根据情况自行下载和使用，下面我将会从头开始一步步构建AlxBoard_deploy_yolov8项目。

1. 创建 AlxBoard_deploy_yolov8 项目

  在该项目中，我们需要使用OpenCvSharp，该依赖目前在Ubutun平台最高可以支持.NET Core 3.1，因此我们此处创建一个.NET Core 3.1的项目，使用Terminal输入以下指令创建并打开项目文件：

dotnet new console --framework "netcoreapp3.1" -o AlxBoard_deploy_yolov8
cd AlxBoard_deploy_yolov8

  创建完项目后，将AlxBoard_deploy_yolov8的代码内容替换到创建的项目中的Program.cs文件中.

2. 添加 OpenVINOSharp 依赖

  由于OpenVINOSharp 当前正处于开发阶段，还未创建Linux版本的NuGet Package，因此需要通过下载项目源码以项目引用的方式使用。

• 下载源码

  通过Git下载项目源码，新建一个Terminal，并输入以下命令克隆远程仓库，将该项目放置在AlxBoard_deploy_yolov8同级目录下。

  git clone https://github.com/guojin-yan/OpenVINOSharp.git
  cd OpenVINOSharp
  

  本文的项目目录为：

  Program--|-AlxBoard_deploy_yolov8|-OpenVINOSharp
  

• 修改OpenVINO™ 依赖

  由于项目源码的OpenVINO™ 依赖与本文设置不同，因此需要修改OpenVINO™ 依赖项的路径，主要通过修改OpenVINOSharp/src/OpenVINOSharp/native_methods/ov_base.cs文件即可，修改内容如下：

  private const string dll_extern = "./openvino2023.0/openvino_c.dll";
  ---修改为--->
  private const string dll_extern = "libopenvino_c.so";
  

• 添加项目依赖

  在Terminal输入以下命令，即可将OpenVINOSharp添加到AlxBoard_deploy_yolov8项目引用中。

  dotnet add reference ./../OpenVINOSharp/src/OpenVINOSharp/OpenVINOSharp.csproj
  

• 添加环境变量

  该项目需要调用OpenVINO™动态链接库，因此需要在当前环境下增加OpenVINO™动态链接库路径：

  export LD_LIBRARY_PATH=/opt/intel/openvino_2023.0/runtime/lib/intel64
  

3. 添加OpenCvSharp

• 安装NuGet Package

  OpenCvSharp可以通过NuGet Package安装，只需要在Terminal输入以下命令：

  dotnet add package OpenCvSharp4_.runtime.ubuntu.20.04-x64
  dotnet add package OpenCvSharp4
  

• 添加环境变量

  将以下路径添加到环境变量中：

  export LD_LIBRARY_PATH=/home/ygj/Program/OpenVINOSharp/tutorial_examples/AlxBoard_deploy_yolov8/bin/Debug/netcoreapp3.1/runtimes/ubuntu.20.04-x64/native
  

  /bin/Debug/netcoreapp3.1/runtimes/ubuntu.20.04-x64/native是AlxBoard_deploy_yolov8编译后生成的路径，该路径下存放了libOpenCvSharpExtern.so文件，该文件主要是封装的OpenCV中的各种接口。也可以将该文件拷贝到项目运行路径下。

• 检测libOpenCvSharpExtern依赖

  由于libOpenCvSharpExtern.so是在其他环境下编译好的动态链接库，本机电脑可能会缺少相应的依赖，因此可以通过ldd命令检测。

  ldd libOpenCvSharpExtern.so
  

  

  如果输出内容中没有no found的，说明不缺少依赖，如果存在，则需要安装缺少的依赖项才可以正常使用。

  添加完项目依赖以及NuGet Package后，项目的配置文件内容为：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk"><ItemGroup><ProjectReference Include="..\OpenVINOSharp\src\OpenVINOSharp\OpenVINOSharp.csproj" /></ItemGroup><ItemGroup><PackageReference Include="OpenCvSharp4" Version="4.8.0.20230708" /><PackageReference Include="OpenCvSharp4_.runtime.ubuntu.20.04-x64" Version="4.8.0.20230708" /></ItemGroup><PropertyGroup><OutputType>Exe</OutputType><TargetFramework>netcoreapp3.1</TargetFramework></PropertyGroup></Project>

五、运行AlxBoard_deploy_yolov8 项目

​ 该项目测试所使用的模型与文件都可以在OpenVINOSharp中找到，因此下面我们通过OpenVINOSharp 仓库下的模型与文件进行测试。

  通过dotnet运行，只需要运行以下命令即可

dotnet run <args>

<args>参数设指的是模型预测类型、模型路径、图片文件路径参数，预测类型输入包括： ‘det’、‘seg’、‘pose’、‘cls’ 四种类型；默认推理设备设置为’AUTO’，对于’det’、'seg’预测，可以设置<path_to_lable>参数，如果设置该参数，会将结果绘制到图片上，如果未设置，会通过控制台打印出来

1. 编译运行 Yolov8-det 模型

编译运行命令为:

dotnet run det /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s.xml /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_2.jpg GPU.0 /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/lable/COCO_lable.txt

模型推理输出结果为：

---- OpenVINO INFO----
Description : OpenVINO Runtime
Build number: 2023.0.1-11005-fa1c41994f3-releases/2023/0
Set inference device  GPU.0.
[INFO] Loading model files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s.xml
[INFO] model name: torch_jit
[INFO]    inputs:
[INFO]      input name: images
[INFO]      input type: f32
[INFO]      input shape: Shape : [1, 3, 640, 640]
[INFO]    outputs:
[INFO]      output name: output0
[INFO]      output type: f32
[INFO]      output shape: Shape : [1, 84, 8400]
[INFO] Read image  files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_2.jpgDetection  result : 1: 0 0.89   (x:744 y:43 width:388 height:667)
2: 0 0.88   (x:149 y:202 width:954 height:507)
3: 27 0.72   (x:435 y:433 width:98 height:284)

2. 编译运行 Yolov8-cls 模型

编译运行命令为:

dotnet run cls /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-cls.xml /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_7.jpg GPU.0

模型推理输出结果为：

---- OpenVINO INFO----
Description : OpenVINO Runtime
Build number: 2023.0.1-11005-fa1c41994f3-releases/2023/0
Set inference device  GPU.0.
[INFO] Loading model files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-cls.xml
[INFO] model name: torch_jit
[INFO]    inputs:
[INFO]      input name: images
[INFO]      input type: f32
[INFO]      input shape: Shape : [1, 3, 224, 224]
[INFO]    outputs:
[INFO]      output name: output0
[INFO]      output type: f32
[INFO]      output shape: Shape : [1, 1000]
[INFO] Read image  files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_7.jpgClassification Top 10 result : classid probability
------- -----------
294     0.992173
269     0.002861
296     0.002111
295     0.000714
270     0.000546
276     0.000432
106     0.000159
362     0.000147
260     0.000078
272     0.000070

3. 编译运行 Yolov8-pose 模型

编译运行命令为:

dotnet run pose /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-pose.xml /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_9.jpg GPU.0

模型推理输出结果为：

---- OpenVINO INFO----
Description : OpenVINO Runtime
Build number: 2023.0.1-11005-fa1c41994f3-releases/2023/0
Set inference device  GPU.0.
[INFO] Loading model files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-pose.xml
[INFO] model name: torch_jit
[INFO]    inputs:
[INFO]      input name: images
[INFO]      input type: f32
[INFO]      input shape: Shape : [1, 3, 640, 640]
[INFO]    outputs:
[INFO]      output name: output0
[INFO]      output type: f32
[INFO]      output shape: Shape : [1, 56, 8400]
[INFO] Read image  files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_9.jpgClassification  result : 1: 1   0.94   (x:104 y:22 width:152 height:365)  Nose: (188 ,60 ,0.93) Left Eye: (192 ,53 ,0.83) Right Eye: (180 ,54 ,0.90) Left Ear: (196 ,53 ,0.50) Right Ear: (167 ,56 ,0.76) Left Shoulder: (212 ,92 ,0.93) Right Shoulder: (151 ,93 ,0.94) Left Elbow: (230 ,146 ,0.90) Right Elbow: (138 ,142 ,0.93) Left Wrist: (244 ,199 ,0.89) Right Wrist: (118 ,187 ,0.92) Left Hip: (202 ,192 ,0.97) Right Hip: (168 ,193 ,0.97) Left Knee: (184 ,272 ,0.96) Right Knee: (184 ,276 ,0.97) Left Ankle: (174 ,357 ,0.87) Right Ankle: (197 ,354 ,0.88) 

4. 编译运行 Yolov8-seg 模型

编译运行命令为:

dotnet run seg /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-seg.xml /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_2.jpg GPU.0 /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/lable/COCO_lable.txt

模型推理输出结果为：

---- OpenVINO INFO----
Description : OpenVINO Runtime
Build number: 2023.0.1-11005-fa1c41994f3-releases/2023/0
Set inference device  GPU.0.
[INFO] Loading model files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/model/yolov8/yolov8s-seg.xml
47
[INFO] model name: torch_jit
[INFO]    inputs:
[INFO]      input name: images
[INFO]      input type: f32
[INFO]      input shape: Shape : [1, 3, 640, 640]
[INFO]    outputs:
[INFO]      output name: output0
[INFO]      output type: f32
[INFO]      output shape: Shape : [1, 116, 8400]
[INFO] Read image  files: /home/ygj/Program/OpenVINOSharp/dataset/image/demo_2.jpgSegmentation  result : 1: 0 0.90   (x:745 y:42 width:403 height:671)
2: 0 0.86   (x:121 y:196 width:1009 height:516)
3: 27 0.69   (x:434 y:436 width:90 height:280)

六、模型运行时间

  AIxBoard开发板板载了英特尔赛扬N5105 CPU以及英特尔11代集成显卡，此处对CPU、GPU的推理情况做了一个简单测试，主要检测了模型推理时间，并使用英特尔幻影峡谷进行了同步测试，测试结果如表所示.

Device	CPU: N5105	GPU: Intel 11th 集显	CPU: i7-1165G7	GPU: lntel® Iris® Xe Graphics
Yolov8-det	586.3ms	83.1ms	127.1ms	19.5ms
Yolov8-seg	795.6ms	112.5ms	140.1ms	25.0ms
Yolov8-pose	609.8ms	95.1ms	117.2ms	23.3ms
Yolov8-cls	33.1ms	9.2ms	6.1ms	2.7ms

  可以看出，英特尔赛扬N5105 CPU在模型推理性能是十分强大的，且搭配的英特尔11代集成显卡，将推理速度提升了6倍左右，针对Yolov8模型，平均处理速度可以达到10FPs。而相比于幻影峡谷的推理速度，AIxBoard开发板推理性能大约为其五分之一，这相比一般的开发板，AIxBoard开发板的算力还是十分强大的。

七、总结

  在该项目中，我们基于Ubutn 20.04 系统，成功实现了在C#环境下调用OpenVINO™部署深度学习模型，验证了在Linux环境下OpenVINOSharp项目的的可行性，这对后面在Linux环境下开发OpenVINOSharp具有很重要的意义。

  除此之外，我们还使用OpenVINOSharp检验了AIxBoard开发板的模型推理能力，最总针对Yolov8模型，平均处理速度可以达到10FPs，这对目前大多数开发板来说，已经达到了很高的推理速度。后续我还会将继续使用OpenVINOSharp在AIxBoard开发板部署更多的深度学习模型。