Обнаруживайте и отслеживайте объекты с помощью ML Kit на Android

Вы можете использовать ML Kit для обнаружения и отслеживания объектов на кадрах видео.

При передаче изображений в ML Kit, ML Kit возвращает для каждого изображения список из максимум пяти обнаруженных объектов и их положения на изображении. При обнаружении объектов в видеопотоках каждый объект получает идентификатор, который можно использовать для отслеживания объекта на изображениях. При желании можно включить грубую классификацию объектов, которая присваивает объектам общие описания категорий.

Прежде чем начать

  1. Если вы еще этого не сделали, добавьте Firebase в свой Android-проект .
  2. Добавьте зависимости для библиотек ML Kit Android в файл Gradle вашего модуля (уровня приложения) (обычно app/build.gradle ): 
    apply plugin: 'com.android.application'
apply plugin: 'com.google.gms.google-services'

dependencies {
  // ...

  implementation 'com.google.firebase:firebase-ml-vision:24.0.3'
  implementation 'com.google.firebase:firebase-ml-vision-object-detection-model:19.0.6'
}

1. Настройте детектор объектов

Чтобы начать обнаружение и отслеживание объектов, сначала создайте экземпляр FirebaseVisionObjectDetector , при желании указав любые настройки детектора, которые вы хотите изменить по сравнению со значениями по умолчанию.

  1. Настройте детектор объектов для вашего варианта использования с помощью объекта FirebaseVisionObjectDetectorOptions . Вы можете изменить следующие параметры:

    Настройки детектора объектов
    Режим обнаружения STREAM_MODE (по умолчанию) | SINGLE_IMAGE_MODE

    В STREAM_MODE (по умолчанию) детектор объектов работает с малой задержкой, но может выдавать неполные результаты (например, неуказанные ограничивающие рамки или метки категорий) при первых нескольких вызовах детектора. Кроме того, в STREAM_MODE детектор присваивает объектам идентификаторы отслеживания, которые можно использовать для отслеживания объектов в кадрах. Используйте этот режим, если требуется отслеживать объекты или когда важна малая задержка, например, при обработке видеопотоков в реальном времени.

    В SINGLE_IMAGE_MODE детектор объектов ожидает, пока не будут доступны ограничивающая рамка обнаруженного объекта и (если включена классификация) метка категории, прежде чем вернуть результат. В результате задержка обнаружения потенциально выше. Кроме того, в SINGLE_IMAGE_MODE идентификаторы отслеживания не назначаются. Используйте этот режим, если задержка не критична и вы не хотите иметь дело с частичными результатами.

    Обнаружение и отслеживание нескольких объектов false (по умолчанию) | true

    Обнаруживать и отслеживать до пяти объектов или только наиболее заметный объект (по умолчанию).

    Классифицировать объекты false (по умолчанию) | true

    Классифицировать обнаруженные объекты по грубым категориям. При включении детектор объектов классифицирует объекты по следующим категориям: модные товары, продукты питания, товары для дома, места, растения и неизвестные объекты.

    API обнаружения и отслеживания объектов оптимизирован для двух основных вариантов использования:

    • Обнаружение и отслеживание в реальном времени наиболее заметного объекта в видоискателе камеры
    • Обнаружение нескольких объектов на статическом изображении

    Чтобы настроить API для этих вариантов использования:

    Java 

    // Live detection and tracking
FirebaseVisionObjectDetectorOptions options =
        new FirebaseVisionObjectDetectorOptions.Builder()
                .setDetectorMode(FirebaseVisionObjectDetectorOptions.STREAM_MODE)
                .enableClassification()  // Optional
                .build();

// Multiple object detection in static images
FirebaseVisionObjectDetectorOptions options =
        new FirebaseVisionObjectDetectorOptions.Builder()
                .setDetectorMode(FirebaseVisionObjectDetectorOptions.SINGLE_IMAGE_MODE)
                .enableMultipleObjects()
                .enableClassification()  // Optional
                .build();

    Kotlin 

    // Live detection and tracking
val options = FirebaseVisionObjectDetectorOptions.Builder()
        .setDetectorMode(FirebaseVisionObjectDetectorOptions.STREAM_MODE)
        .enableClassification()  // Optional
        .build()

// Multiple object detection in static images
val options = FirebaseVisionObjectDetectorOptions.Builder()
        .setDetectorMode(FirebaseVisionObjectDetectorOptions.SINGLE_IMAGE_MODE)
        .enableMultipleObjects()
        .enableClassification()  // Optional
        .build()

  2. Получите экземпляр FirebaseVisionObjectDetector :

    Java 

    FirebaseVisionObjectDetector objectDetector =
        FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceObjectDetector();

// Or, to change the default settings:
FirebaseVisionObjectDetector objectDetector =
        FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceObjectDetector(options);

    Kotlin 

    val objectDetector = FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceObjectDetector()

// Or, to change the default settings:
val objectDetector = FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceObjectDetector(options)

2. Запустите детектор объектов.

Для обнаружения и отслеживания объектов передайте изображения в метод processImage() экземпляра FirebaseVisionObjectDetector .

Для каждого кадра видео или изображения в последовательности выполните следующие действия:

  1. Создайте объект FirebaseVisionImage из вашего изображения.

    • Чтобы создать объект FirebaseVisionImage из объекта media.Image , например, при захвате изображения с камеры устройства, передайте объект media.Image и поворот изображения в FirebaseVisionImage.fromMediaImage() .

      Если вы используете библиотеку CameraX , классы OnImageCapturedListener и ImageAnalysis.Analyzer вычисляют значение поворота автоматически, поэтому вам просто нужно преобразовать поворот в одну из констант ROTATION_ ML Kit перед вызовом FirebaseVisionImage.fromMediaImage() :

      Java 

      private class YourAnalyzer implements ImageAnalysis.Analyzer {

    private int degreesToFirebaseRotation(int degrees) {
        switch (degrees) {
            case 0:
                return FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0;
            case 90:
                return FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_90;
            case 180:
                return FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_180;
            case 270:
                return FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_270;
            default:
                throw new IllegalArgumentException(
                        "Rotation must be 0, 90, 180, or 270.");
        }
    }

    @Override
    public void analyze(ImageProxy imageProxy, int degrees) {
        if (imageProxy == null || imageProxy.getImage() == null) {
            return;
        }
        Image mediaImage = imageProxy.getImage();
        int rotation = degreesToFirebaseRotation(degrees);
        FirebaseVisionImage image =
                FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation);
        // Pass image to an ML Kit Vision API
        // ...
    }
}

      Kotlin 

      private class YourImageAnalyzer : ImageAnalysis.Analyzer {
    private fun degreesToFirebaseRotation(degrees: Int): Int = when(degrees) {
        0 -> FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0
        90 -> FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_90
        180 -> FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_180
        270 -> FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_270
        else -> throw Exception("Rotation must be 0, 90, 180, or 270.")
    }

    override fun analyze(imageProxy: ImageProxy?, degrees: Int) {
        val mediaImage = imageProxy?.image
        val imageRotation = degreesToFirebaseRotation(degrees)
        if (mediaImage != null) {
            val image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, imageRotation)
            // Pass image to an ML Kit Vision API
            // ...
        }
    }
}

      Если вы не используете библиотеку камеры, которая вычисляет угол поворота изображения, вы можете рассчитать его на основе угла поворота устройства и ориентации датчика камеры в устройстве:

      Java 

      private static final SparseIntArray ORIENTATIONS = new SparseIntArray();
static {
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_0, 90);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_90, 0);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_180, 270);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_270, 180);
}

/**
 * Get the angle by which an image must be rotated given the device's current
 * orientation.
 */
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
private int getRotationCompensation(String cameraId, Activity activity, Context context)
        throws CameraAccessException {
    // Get the device's current rotation relative to its "native" orientation.
    // Then, from the ORIENTATIONS table, look up the angle the image must be
    // rotated to compensate for the device's rotation.
    int deviceRotation = activity.getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();
    int rotationCompensation = ORIENTATIONS.get(deviceRotation);

    // On most devices, the sensor orientation is 90 degrees, but for some
    // devices it is 270 degrees. For devices with a sensor orientation of
    // 270, rotate the image an additional 180 ((270 + 270) % 360) degrees.
    CameraManager cameraManager = (CameraManager) context.getSystemService(CAMERA_SERVICE);
    int sensorOrientation = cameraManager
            .getCameraCharacteristics(cameraId)
            .get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION);
    rotationCompensation = (rotationCompensation + sensorOrientation + 270) % 360;

    // Return the corresponding FirebaseVisionImageMetadata rotation value.
    int result;
    switch (rotationCompensation) {
        case 0:
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0;
            break;
        case 90:
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_90;
            break;
        case 180:
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_180;
            break;
        case 270:
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_270;
            break;
        default:
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0;
            Log.e(TAG, "Bad rotation value: " + rotationCompensation);
    }
    return result;
}
      VisionImage.java

      Kotlin 

      private val ORIENTATIONS = SparseIntArray()

init {
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_0, 90)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_90, 0)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_180, 270)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_270, 180)
}
/**
 * Get the angle by which an image must be rotated given the device's current
 * orientation.
 */
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
@Throws(CameraAccessException::class)
private fun getRotationCompensation(cameraId: String, activity: Activity, context: Context): Int {
    // Get the device's current rotation relative to its "native" orientation.
    // Then, from the ORIENTATIONS table, look up the angle the image must be
    // rotated to compensate for the device's rotation.
    val deviceRotation = activity.windowManager.defaultDisplay.rotation
    var rotationCompensation = ORIENTATIONS.get(deviceRotation)

    // On most devices, the sensor orientation is 90 degrees, but for some
    // devices it is 270 degrees. For devices with a sensor orientation of
    // 270, rotate the image an additional 180 ((270 + 270) % 360) degrees.
    val cameraManager = context.getSystemService(CAMERA_SERVICE) as CameraManager
    val sensorOrientation = cameraManager
            .getCameraCharacteristics(cameraId)
            .get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION)!!
    rotationCompensation = (rotationCompensation + sensorOrientation + 270) % 360

    // Return the corresponding FirebaseVisionImageMetadata rotation value.
    val result: Int
    when (rotationCompensation) {
        0 -> result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0
        90 -> result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_90
        180 -> result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_180
        270 -> result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_270
        else -> {
            result = FirebaseVisionImageMetadata.ROTATION_0
            Log.e(TAG, "Bad rotation value: $rotationCompensation")
        }
    }
    return result
}
      VisionImage.kt

      Затем передайте объект media.Image и значение поворота в FirebaseVisionImage.fromMediaImage() :

      Java 

      FirebaseVisionImage image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation);
      VisionImage.java

      Kotlin 

      val image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation)
      VisionImage.kt
    • Чтобы создать объект FirebaseVisionImage из URI файла, передайте контекст приложения и URI файла в FirebaseVisionImage.fromFilePath() . Это полезно при использовании намерения ACTION_GET_CONTENT , чтобы предложить пользователю выбрать изображение из приложения-галереи.

      Java 

      FirebaseVisionImage image;
try {
    image = FirebaseVisionImage.fromFilePath(context, uri);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
      VisionImage.java

      Kotlin 

      val image: FirebaseVisionImage
try {
    image = FirebaseVisionImage.fromFilePath(context, uri)
} catch (e: IOException) {
    e.printStackTrace()
}
      VisionImage.kt
    • Чтобы создать объект FirebaseVisionImage из ByteBuffer или массива байтов, сначала рассчитайте поворот изображения, как описано выше для входных данных media.Image .

      Затем создайте объект FirebaseVisionImageMetadata , содержащий высоту, ширину, формат кодировки цвета и поворот изображения:

      Java 

      FirebaseVisionImageMetadata metadata = new FirebaseVisionImageMetadata.Builder()
        .setWidth(480)   // 480x360 is typically sufficient for
        .setHeight(360)  // image recognition
        .setFormat(FirebaseVisionImageMetadata.IMAGE_FORMAT_NV21)
        .setRotation(rotation)
        .build();
      VisionImage.java

      Kotlin 

      val metadata = FirebaseVisionImageMetadata.Builder()
        .setWidth(480) // 480x360 is typically sufficient for
        .setHeight(360) // image recognition
        .setFormat(FirebaseVisionImageMetadata.IMAGE_FORMAT_NV21)
        .setRotation(rotation)
        .build()
      VisionImage.kt

      Используйте буфер или массив и объект метаданных для создания объекта FirebaseVisionImage :

      Java 

      FirebaseVisionImage image = FirebaseVisionImage.fromByteBuffer(buffer, metadata);
// Or: FirebaseVisionImage image = FirebaseVisionImage.fromByteArray(byteArray, metadata);
      VisionImage.java

      Kotlin 

      val image = FirebaseVisionImage.fromByteBuffer(buffer, metadata)
// Or: val image = FirebaseVisionImage.fromByteArray(byteArray, metadata)
      VisionImage.kt
    • Чтобы создать объект FirebaseVisionImage из объекта Bitmap :

      Java 

      FirebaseVisionImage image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap);
      VisionImage.java

      Kotlin 

      val image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap)
      VisionImage.kt
      Изображение, представленное объектом Bitmap , должно быть вертикальным, без необходимости дополнительного поворота.

  2. Передайте изображение методу processImage() :

    Java 

    objectDetector.processImage(image)
        .addOnSuccessListener(
                new OnSuccessListener<List<FirebaseVisionObject>>() {
                    @Override
                    public void onSuccess(List<FirebaseVisionObject> detectedObjects) {
                        // Task completed successfully
                        // ...
                    }
                })
        .addOnFailureListener(
                new OnFailureListener() {
                    @Override
                    public void onFailure(@NonNull Exception e) {
                        // Task failed with an exception
                        // ...
                    }
                });

    Kotlin 

    objectDetector.processImage(image)
        .addOnSuccessListener { detectedObjects ->
            // Task completed successfully
            // ...
        }
        .addOnFailureListener { e ->
            // Task failed with an exception
            // ...
        }

  3. Если вызов processImage() завершается успешно, список объектов FirebaseVisionObject передается прослушивателю успешного вызова.

    Каждый объект FirebaseVisionObject содержит следующие свойства:

    Ограничительная рамка Rect , указывающий положение объекта на изображении.
    Идентификатор отслеживания Целое число, идентифицирующее объект на изображениях. Значение NULL в SINGLE_IMAGE_MODE.
    Категория Грубая категория объекта. Если в детекторе объектов не включена классификация, это всегда FirebaseVisionObject.CATEGORY_UNKNOWN .
    Уверенность Значение достоверности классификации объекта. Если детектор объектов не включил классификацию или объект классифицирован как неизвестный, это значение равно null .

    Java 

    // The list of detected objects contains one item if multiple object detection wasn't enabled.
for (FirebaseVisionObject obj : detectedObjects) {
    Integer id = obj.getTrackingId();
    Rect bounds = obj.getBoundingBox();

    // If classification was enabled:
    int category = obj.getClassificationCategory();
    Float confidence = obj.getClassificationConfidence();
}

    Kotlin 

    // The list of detected objects contains one item if multiple object detection wasn't enabled.
for (obj in detectedObjects) {
    val id = obj.trackingId       // A number that identifies the object across images
    val bounds = obj.boundingBox  // The object's position in the image

    // If classification was enabled:
    val category = obj.classificationCategory
    val confidence = obj.classificationConfidence
}

Повышение удобства использования и производительности

Для обеспечения наилучшего пользовательского опыта следуйте этим рекомендациям в своем приложении:

  • Успешность обнаружения объектов зависит от их визуальной сложности. Для обнаружения объектов с небольшим количеством визуальных характеристик может потребоваться, чтобы они занимали большую часть изображения. Необходимо предоставить пользователям рекомендации по сбору входных данных, подходящих для детектируемых объектов.
  • Если при использовании классификации вы хотите обнаружить объекты, которые не попадают однозначно в поддерживаемые категории, реализуйте специальную обработку для неизвестных объектов.

Также ознакомьтесь с [приложением ML Kit Material Design showcase] [showcase-link] {: .external } и коллекцией шаблонов Material Design для функций на базе машинного обучения .

При использовании потокового режима в приложении реального времени следуйте этим рекомендациям для достижения наилучшей частоты кадров:

  • Не используйте функцию обнаружения нескольких объектов в потоковом режиме, так как большинство устройств не смогут обеспечить адекватную частоту кадров.

  • Отключите классификацию, если она вам не нужна.

  • Устраните вызовы детектора. Если во время работы детектора появляется новый видеокадр, отбросьте его.
  • Если вы используете выходные данные детектора для наложения графики на входное изображение, сначала получите результат из ML Kit, а затем визуализируйте изображение и наложение за один шаг. Таким образом, визуализация на поверхности дисплея выполняется только один раз для каждого входного кадра.

  • Если вы используете API Camera2, снимайте изображения в формате ImageFormat.YUV_420_888 .

    Если вы используете старый API камеры, снимайте изображения в формате ImageFormat.NV21 .