Rileva e traccia oggetti con ML Kit su Android

Puoi utilizzare ML Kit per rilevare e tenere traccia degli oggetti tra i fotogrammi del video.

Quando passi le immagini di ML Kit, ML Kit restituisce, per ogni immagine, un elenco di un massimo di cinque oggetti rilevati e la loro posizione nell'immagine. Quando si rilevano oggetti nei flussi video, ogni oggetto ha un ID che è possibile utilizzare per tracciare l'oggetto attraverso le immagini. È inoltre possibile abilitare facoltativamente la classificazione degli oggetti grossolana, che etichetta gli oggetti con ampie descrizioni di categoria.

Prima di iniziare

1. Se non l'hai già fatto, aggiungi Firebase al tuo progetto Android .
2. Aggiungi le dipendenze per le librerie Android di ML Kit al file Gradle del tuo modulo (a livello di app) (in genere 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. Configurare il rilevatore di oggetti

Per iniziare a rilevare e tracciare gli oggetti, creare innanzitutto un'istanza di FirebaseVisionObjectDetector , specificando facoltativamente le impostazioni del rilevatore che si desidera modificare rispetto all'impostazione predefinita.

1. Configura il rilevatore di oggetti per il tuo caso d'uso con un oggetto FirebaseVisionObjectDetectorOptions . Puoi modificare le seguenti impostazioni:

   Impostazioni del rilevatore di oggetti
   Modalità di rilevamento	STREAM_MODE (impostazione predefinita) | SINGLE_IMAGE_MODE In STREAM_MODE (impostazione predefinita), il rilevatore di oggetti viene eseguito con bassa latenza, ma potrebbe produrre risultati incompleti (come riquadri di delimitazione o etichette di categoria non specificati) nelle prime chiamate del rilevatore. Inoltre, in STREAM_MODE , il rilevatore assegna gli ID di tracciamento agli oggetti, che puoi utilizzare per tracciare gli oggetti attraverso i fotogrammi. Utilizzare questa modalità quando si desidera tenere traccia degli oggetti o quando è importante una bassa latenza, ad esempio durante l'elaborazione di flussi video in tempo reale. In SINGLE_IMAGE_MODE , il rilevatore di oggetti attende fino a quando il riquadro di delimitazione di un oggetto rilevato e (se hai abilitato la classificazione) l'etichetta di categoria sono disponibili prima di restituire un risultato. Di conseguenza, la latenza di rilevamento è potenzialmente più elevata. Inoltre, in SINGLE_IMAGE_MODE , gli ID di tracciamento non vengono assegnati. Utilizzare questa modalità se la latenza non è critica e non si desidera gestire risultati parziali.
   Rileva e traccia più oggetti	false (predefinito) | true Se rilevare e tracciare fino a cinque oggetti o solo l'oggetto più prominente (impostazione predefinita).
   Classificare gli oggetti	false (predefinito) | true Se classificare o meno gli oggetti rilevati in categorie grossolane. Se abilitato, il rilevatore di oggetti classifica gli oggetti nelle seguenti categorie: articoli di moda, cibo, articoli per la casa, luoghi, piante e sconosciuti.

   L'API di rilevamento e tracciamento degli oggetti è ottimizzata per questi due casi d'uso principali:

   • Rilevamento e tracciamento in tempo reale dell'oggetto più prominente nel mirino della fotocamera
   • Rilevamento di più oggetti da un'immagine statica

   Per configurare l'API per questi casi d'uso:

   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+KTX

   // 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. Ottieni un'istanza di FirebaseVisionObjectDetector :

   Java

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

   Kotlin+KTX

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

2. Avviare il rilevatore di oggetti

Per rilevare e tenere traccia degli oggetti, passa le immagini al metodo processImage() dell'istanza FirebaseVisionObjectDetector .

Per ogni fotogramma di video o immagine in una sequenza, effettuate le seguenti operazioni:

1. Crea un oggetto FirebaseVisionImage dalla tua immagine.

   • Per creare un oggetto FirebaseVisionImage da un oggetto media.Image , ad esempio quando si acquisisce un'immagine dalla fotocamera di un dispositivo, passare l'oggetto media.Image e la rotazione dell'immagine a FirebaseVisionImage.fromMediaImage() .

     Se utilizzi la libreria CameraX , le classi OnImageCapturedListener e ImageAnalysis.Analyzer calcolano il valore di rotazione per te, quindi devi solo convertire la rotazione in una delle costanti ROTATION_ di ML Kit prima di chiamare 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+KTX

     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
                 // ...
             }
         }
     }
     

     Se non utilizzi una libreria della fotocamera che ti fornisce la rotazione dell'immagine, puoi calcolarla dalla rotazione del dispositivo e dall'orientamento del sensore della fotocamera nel dispositivo:

     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+KTX

     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

     Quindi, passa l'oggetto media.Image e il valore di rotazione a FirebaseVisionImage.fromMediaImage() :

     Java

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

     Kotlin+KTX

     val image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation)
     VisionImage.kt

   • Per creare un oggetto FirebaseVisionImage da un URI di file, passa il contesto dell'app e l'URI di file a FirebaseVisionImage.fromFilePath() . Ciò è utile quando utilizzi un intento ACTION_GET_CONTENT per richiedere all'utente di selezionare un'immagine dalla sua app della galleria.

     Java

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

     Kotlin+KTX

     val image: FirebaseVisionImage
     try {
         image = FirebaseVisionImage.fromFilePath(context, uri)
     } catch (e: IOException) {
         e.printStackTrace()
     }
     VisionImage.kt

   • Per creare un oggetto FirebaseVisionImage da un ByteBuffer o da un array di byte, calcola prima la rotazione dell'immagine come descritto sopra per l'input media.Image .

     Quindi, crea un oggetto FirebaseVisionImageMetadata che contenga l'altezza, la larghezza, il formato di codifica del colore e la rotazione dell'immagine:

     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+KTX

     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

     Utilizza il buffer o l'array e l'oggetto metadati per creare un oggetto FirebaseVisionImage :

     Java

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

     Kotlin+KTX

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

   • Per creare un oggetto FirebaseVisionImage da un oggetto Bitmap :

     Java

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

     Kotlin+KTX

     val image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap)
     VisionImage.kt

     L'immagine rappresentata dall'oggetto Bitmap deve essere verticale, senza che sia necessaria alcuna rotazione aggiuntiva.

2. Passa l'immagine al metodo 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+KTX

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

3. Se la chiamata a processImage() positivo, un elenco di FirebaseVisionObject viene passato al listener di successo.

   Ogni FirebaseVisionObject contiene le seguenti proprietà:

   Rettangolo di selezione	A Rect che indica la posizione dell'oggetto nell'immagine.
   ID di monitoraggio	Un numero intero che identifica l'oggetto nelle immagini. Nullo in SINGLE_IMAGE_MODE.
   Categoria	La categoria grossolana dell'oggetto. Se il rilevatore di oggetti non ha la classificazione abilitata, questo è sempre FirebaseVisionObject.CATEGORY_UNKNOWN .
   Fiducia	Il valore di confidenza della classificazione dell'oggetto. Se il rilevatore di oggetti non ha la classificazione abilitata o l'oggetto è classificato come sconosciuto, questo è 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+KTX

   // 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
   }
   

Miglioramento dell'usabilità e delle prestazioni

Per la migliore esperienza utente, segui queste linee guida nella tua app:

• Il rilevamento riuscito dell'oggetto dipende dalla complessità visiva dell'oggetto. Gli oggetti con un numero limitato di caratteristiche visive potrebbero dover occupare una parte maggiore dell'immagine per essere rilevati. È necessario fornire agli utenti indicazioni sull'acquisizione di input che funzionino correttamente con il tipo di oggetti che si desidera rilevare.
• Quando si utilizza la classificazione, se si desidera rilevare oggetti che non rientrano esattamente nelle categorie supportate, implementare una gestione speciale per gli oggetti sconosciuti.

Inoltre, dai un'occhiata all'[ML Kit Material Design showcase app][link-showcase]{: .external } e alla raccolta di funzionalità di Material Design Patterns per il machine learning .

Quando si utilizza la modalità streaming in un'applicazione in tempo reale, seguire queste linee guida per ottenere i migliori framerate:

• Non utilizzare il rilevamento di più oggetti in modalità streaming, poiché la maggior parte dei dispositivi non sarà in grado di produrre framerate adeguati.

• Disabilita la classificazione se non ti serve.

• L'acceleratore chiama il rilevatore. Se un nuovo fotogramma video diventa disponibile mentre il rilevatore è in esecuzione, eliminare il fotogramma.
• Se si utilizza l'output del rilevatore per sovrapporre la grafica all'immagine di input, ottenere prima il risultato da ML Kit, quindi eseguire il rendering dell'immagine e sovrapporre in un unico passaggio. In questo modo, esegui il rendering sulla superficie di visualizzazione solo una volta per ogni fotogramma di input.

• Se utilizzi l'API Camera2, acquisisci le immagini nel formato ImageFormat.YUV_420_888 .

  Se utilizzi l'API Camera precedente, acquisisci le immagini nel formato ImageFormat.NV21 .