Обнаружение и отслеживание объектов с помощью ML Kit на Android, Обнаружение и отслеживание объектов с помощью ML Kit на Android

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

Когда вы передаете изображения ML Kit, ML Kit возвращает для каждого изображения список из пяти обнаруженных объектов и их положение на изображении. При обнаружении объектов в видеопотоках каждый объект имеет идентификатор, который можно использовать для отслеживания объекта по изображениям. Вы также можете дополнительно включить грубую классификацию объектов, которая помечает объекты широкими описаниями категорий.

Прежде чем начать

  1. Если вы еще этого не сделали, добавьте Firebase в свой проект Android .
  2. Добавьте зависимости для библиотек Android ML Kit в файл Gradle вашего модуля (на уровне 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 обнаруживать и отслеживать объекты, сначала создайте экземпляр FirebaseVisionObjectDetector , при необходимости указав любые настройки детектора, которые вы хотите изменить по умолчанию.

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

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

    В STREAM_MODE (по умолчанию) детектор объектов работает с низкой задержкой, но может давать 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 между кадрами. Используйте этот режим, если вы хотите отслеживать объекты или когда важна низкая задержка, например, при обработке видеопотоков в реальном времени.

    В SINGLE_IMAGE_MODE детектор объектов ждет, пока не станут доступны ограничивающая рамка обнаруженного объекта и (если вы включили классификацию) метка категории, прежде чем возвращать результат. Как следствие, задержка обнаружения потенциально выше. Кроме того, в SINGLE_IMAGE_MODE не назначаются идентификаторы отслеживания. 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 самый заметный объект (по умолчанию).

    Классифицировать объекты false (по умолчанию) | true

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

    API обнаружения и отслеживания объектов оптимизирован для этих двух основных случаев использования:

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

    Чтобы настроить API для этих случаев 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

Чтобы обнаруживать и отслеживать объекты, передавайте 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 за вас, 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 камер, которая дает вам поворот изображения, вы можете рассчитать его на основе поворота устройства и ориентации датчика камеры на 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, когда вы используете намерение 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 ввода media.Image .

      Затем создайте объект FirebaseVisionImageMetadata , который содержит высоту, ширину изображения, формат цветовой кодировки и поворот:

      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 в 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() успешен, список FirebaseVisionObject передается прослушивателю успеха.

    Каждый FirebaseVisionObject содержит следующие свойства:

    Ограничительная рамка Rect указывающий положение объекта на изображении.
    Идентификатор отслеживания Целое число, которое идентифицирует 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 Доверительная ценность классификации объектов. Если в детекторе объектов не включена классификация или объект классифицируется 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
}

Улучшение удобства использования и производительности

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

  • Успешное обнаружение объекта зависит от визуальной сложности объекта. Для обнаружения объектам с небольшим количеством визуальных особенностей может потребоваться большая часть изображения. Вы должны предоставить пользователям рекомендации по захвату входных данных, которые хорошо работают с объектами того типа, которые вы хотите обнаружить.
  • Если при использовании классификации вы хотите обнаружить объекты, которые не попадают в поддерживаемые категории, реализуйте специальную обработку неизвестных объектов.

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

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

  • Не используйте обнаружение нескольких объектов в режиме потоковой передачи, поскольку большинство устройств не смогут обеспечить достаточную частоту кадров.

  • Отключите классификацию, если она вам не нужна.

  • Дроссель вызывает детектор. Если новый видеокадр становится доступным во время работы детектора, удалите этот кадр.
  • Если вы используете выходные данные детектора для наложения графики на входное изображение, сначала получите результат из ML Kit, затем визуализируйте изображение и наложите его за один шаг. При этом вы выполняете рендеринг на поверхность дисплея только один раз для каждого входного кадра.

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

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