Phát hiện và theo dõi đối tượng bằng Bộ công cụ học máy trên Android

Bạn có thể sử dụng Bộ công cụ máy học để phát hiện và theo dõi các đối tượng trên các khung hình video.

Khi bạn truyền hình ảnh Bộ công cụ học máy, Bộ công cụ học máy sẽ trả về, cho mỗi hình ảnh, một danh sách gồm tối đa 5 đối tượng đã phát hiện và vị trí của các đối tượng đó trong hình ảnh. Khi phát hiện đối tượng trong luồng video, mỗi đối tượng đều có một mã nhận dạng mà bạn có thể dùng để theo dõi đối tượng đó trên các hình ảnh. Bạn cũng có thể bật tính năng phân loại đối tượng thô nếu muốn. Tính năng này gắn nhãn cho các đối tượng bằng nội dung mô tả danh mục rộng.

Trước khi bắt đầu

  1. Nếu bạn chưa thực hiện, hãy thêm Firebase vào dự án Android.
  2. Thêm các phần phụ thuộc cho thư viện Android của Bộ công cụ học máy vào tệp Gradle (ở cấp ứng dụng) của mô-đun (thường là 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. Định cấu hình trình phát hiện đối tượng

Để bắt đầu phát hiện và theo dõi đối tượng, trước tiên, hãy tạo một thực thể của FirebaseVisionObjectDetector, tuỳ ý chỉ định bất kỳ chế độ cài đặt trình phát hiện nào mà bạn muốn thay đổi so với chế độ mặc định.

  1. Định cấu hình trình phát hiện đối tượng cho trường hợp sử dụng của bạn bằng đối tượng FirebaseVisionObjectDetectorOptions. Bạn có thể thay đổi các chế độ cài đặt sau:

    Cài đặt trình phát hiện vật thể
    Chế độ phát hiện STREAM_MODE (mặc định) | SINGLE_IMAGE_MODE

    Trong STREAM_MODE (mặc định), trình phát hiện đối tượng chạy với độ trễ thấp, nhưng có thể tạo ra kết quả không đầy đủ (chẳng hạn như hộp giới hạn hoặc nhãn danh mục không xác định) trong vài lệnh gọi đầu tiên của trình phát hiện. Ngoài ra, trong STREAM_MODE, trình phát hiện sẽ chỉ định mã nhận dạng theo dõi cho các đối tượng mà bạn có thể sử dụng để theo dõi các đối tượng trên các khung hình. Sử dụng chế độ này khi bạn muốn theo dõi các đối tượng hoặc khi độ trễ thấp là quan trọng, chẳng hạn như khi xử lý luồng video theo thời gian thực.

    Trong SINGLE_IMAGE_MODE, trình phát hiện đối tượng sẽ đợi cho đến khi có hộp giới hạn của đối tượng được phát hiện và nhãn danh mục (nếu bạn đã bật tính năng phân loại) trước khi trả về kết quả. Do đó, độ trễ phát hiện có thể cao hơn. Ngoài ra, trong SINGLE_IMAGE_MODE, mã theo dõi không được chỉ định. Sử dụng chế độ này nếu độ trễ không quan trọng và bạn không muốn xử lý kết quả một phần.
    Phát hiện và theo dõi nhiều đối tượng false (mặc định) | true

    Liệu có phát hiện và theo dõi tối đa 5 đối tượng hay chỉ theo dõi đối tượng nổi bật nhất (mặc định).
    Phân loại đối tượng false (mặc định) | true

    Liệu có phân loại các đối tượng đã phát hiện thành các danh mục thô hay không. Khi được bật, trình phát hiện đối tượng sẽ phân loại đối tượng thành các danh mục sau: hàng thời trang, thực phẩm, đồ gia dụng, địa điểm, cây cối và không xác định.

    API phát hiện và theo dõi đối tượng được tối ưu hoá cho hai trường hợp sử dụng cốt lõi sau:

    • Phát hiện và theo dõi trực tiếp đối tượng nổi bật nhất trong kính ngắm của máy ảnh
    • Phát hiện nhiều đối tượng từ một hình ảnh tĩnh

    Cách định cấu hình API cho các trường hợp sử dụng này:

    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. Tạo một thực thể của 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. Chạy trình phát hiện đối tượng

Để phát hiện và theo dõi đối tượng, hãy truyền hình ảnh đến phương thức processImage() của thực thể FirebaseVisionObjectDetector.

Đối với mỗi khung hình video hoặc hình ảnh trong một trình tự, hãy làm như sau:

  1. Tạo đối tượng FirebaseVisionImage từ hình ảnh của bạn.

    • Để tạo đối tượng FirebaseVisionImage từ đối tượng media.Image, chẳng hạn như khi chụp ảnh từ máy ảnh của thiết bị, hãy truyền đối tượng media.Image và độ xoay của hình ảnh đến FirebaseVisionImage.fromMediaImage().

      Nếu sử dụng thư viện CameraX, các lớp OnImageCapturedListener và ImageAnalysis.Analyzer sẽ tính toán giá trị xoay cho bạn, vì vậy, bạn chỉ cần chuyển đổi giá trị xoay thành một trong các hằng số ROTATION_ của Bộ công cụ học máy trước khi gọi 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
            // ...
        }
    }
}

      Nếu không sử dụng thư viện máy ảnh cung cấp độ xoay của hình ảnh, bạn có thể tính toán độ xoay đó từ độ xoay của thiết bị và hướng của cảm biến máy ảnh trong thiết bị:

      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

      Sau đó, truyền đối tượng media.Image và giá trị xoay vào FirebaseVisionImage.fromMediaImage():

      Java

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

      Kotlin

      val image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation)
      VisionImage.kt
    • Để tạo đối tượng FirebaseVisionImage từ URI tệp, hãy truyền ngữ cảnh ứng dụng và URI tệp đến FirebaseVisionImage.fromFilePath(). Điều này hữu ích khi bạn sử dụng ý định ACTION_GET_CONTENT để nhắc người dùng chọn một hình ảnh trong ứng dụng thư viện.

      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
    • Để tạo đối tượng FirebaseVisionImage từ ByteBuffer hoặc mảng byte, trước tiên, hãy tính toán độ xoay hình ảnh như mô tả ở trên cho dữ liệu đầu vào media.Image.

      Sau đó, hãy tạo một đối tượng FirebaseVisionImageMetadata chứa chiều cao, chiều rộng, định dạng mã hoá màu và độ xoay của hình ảnh:

      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

      Sử dụng bộ đệm hoặc mảng và đối tượng siêu dữ liệu để tạo đối tượng 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
    • Cách tạo đối tượng FirebaseVisionImage từ đối tượng Bitmap:

      Java

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

      Kotlin

      val image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap)
      VisionImage.kt
      Hình ảnh do đối tượng Bitmap biểu thị phải thẳng đứng, không cần xoay thêm.

  2. Truyền hình ảnh đến phương thức 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. Nếu lệnh gọi đến processImage() thành công, danh sách FirebaseVisionObject sẽ được truyền đến trình nghe thành công.

    Mỗi FirebaseVisionObject chứa các thuộc tính sau:

    Hộp giới hạn Rect cho biết vị trí của đối tượng trong hình ảnh.
    Mã theo dõi Một số nguyên xác định đối tượng trên các hình ảnh. Rỗng trong SINGLE_IMAGE_MODE.
    Danh mục Danh mục thô của đối tượng. Nếu trình phát hiện đối tượng không bật tính năng phân loại, thì giá trị này sẽ luôn là FirebaseVisionObject.CATEGORY_UNKNOWN.
    Độ tin cậy Giá trị độ tin cậy của hoạt động phân loại đối tượng. Nếu trình phát hiện đối tượng không bật tính năng phân loại hoặc đối tượng được phân loại là không xác định, thì giá trị này là 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
}

Cải thiện khả năng hữu dụng và hiệu suất

Để mang lại trải nghiệm tốt nhất cho người dùng, hãy tuân thủ các nguyên tắc sau trong ứng dụng:

  • Việc phát hiện đối tượng thành công phụ thuộc vào độ phức tạp của hình ảnh đối tượng. Các đối tượng có ít đặc điểm hình ảnh có thể cần chiếm một phần lớn hơn của hình ảnh để được phát hiện. Bạn nên hướng dẫn người dùng cách chụp dữ liệu đầu vào phù hợp với loại đối tượng mà bạn muốn phát hiện.
  • Khi sử dụng tính năng phân loại, nếu bạn muốn phát hiện các đối tượng không thuộc danh mục được hỗ trợ, hãy triển khai phương thức xử lý đặc biệt cho các đối tượng không xác định.

Ngoài ra, hãy xem [ứng dụng giới thiệu Material Design của Bộ công cụ học máy][showcase-link]{: .external } và bộ sưu tập Mẫu cho các tính năng dựa trên học máy của Material Design.

Khi sử dụng chế độ truyền trực tuyến trong ứng dụng theo thời gian thực, hãy làm theo các nguyên tắc sau để đạt được tốc độ khung hình tốt nhất:

  • Đừng sử dụng tính năng phát hiện nhiều đối tượng ở chế độ truyền trực tuyến, vì hầu hết các thiết bị sẽ không thể tạo ra tốc độ khung hình đầy đủ.

  • Tắt tính năng phân loại nếu bạn không cần.

  • Điều tiết các lệnh gọi đến trình phát hiện. Nếu có khung video mới trong khi trình phát hiện đang chạy, hãy thả khung đó.
  • Nếu bạn đang sử dụng đầu ra của trình phát hiện để phủ hình ảnh đồ hoạ lên hình ảnh đầu vào, trước tiên, hãy lấy kết quả từ Bộ công cụ học máy, sau đó kết xuất hình ảnh và phủ trong một bước. Bằng cách này, bạn chỉ kết xuất một lần cho mỗi khung đầu vào trên bề mặt hiển thị.

  • Nếu bạn sử dụng API Camera2, hãy chụp ảnh ở định dạng ImageFormat.YUV_420_888.

    Nếu bạn sử dụng API Máy ảnh cũ, hãy chụp ảnh ở định dạng ImageFormat.NV21.