ML Kit を使用して画像にラベルを付ける(Android)

ML Kit を使用すると、端末モデルまたはクラウドモデルを使って、画像内で認識されたオブジェクトにラベルを付けることができます。それぞれの手法の利点については、概要をご覧ください。

この API の使用例については、GitHub の ML Kit クイックスタート サンプルをご覧ください。

始める前に

  1. まだ Firebase を Android プロジェクトに追加していない場合は追加します。
  2. プロジェクト レベルの build.gradle ファイルで、buildscript セクションと allprojects セクションに Google の Maven リポジトリを追加します。
  3. ML Kit Android ライブラリの依存関係をモジュール(アプリレベル)の Gradle ファイル(通常は app/build.gradle)に追加します。
    dependencies {
      // ...
    
      implementation 'com.google.firebase:firebase-ml-vision:24.0.0'
      implementation 'com.google.firebase:firebase-ml-vision-image-label-model:19.0.0'
    }
    apply plugin: 'com.google.gms.google-services'
    
  4. 省略可能、ただし推奨: デバイス用 API を使用する場合は、アプリが Play ストアからインストールされたら自動で ML モデルをデバイスにダウンロードするようにアプリを構成します。

    この構成を行うには、アプリの AndroidManifest.xml ファイルに次の宣言を追加します。

    <application ...>
      ...
      <meta-data
          android:name="com.google.firebase.ml.vision.DEPENDENCIES"
          android:value="label" />
      <!-- To use multiple models: android:value="label,model2,model3" -->
    </application>
    
    インストール時点でのモデルのダウンロードを有効にしない場合は、デバイス上の検出器の初回実行時にモデルがダウンロードされます。ダウンロードが完了する前にリクエストしても結果は生成されません。
  5. クラウドベース モデルを使用する場合に、まだプロジェクトでクラウドベースの API を有効にしていないときは、ここで有効にします。

    1. Firebase コンソールの ML Kit API ページを開きます。
    2. まだプロジェクトを Blaze プランにアップグレードしていない場合は、[アップグレード] をクリックしてアップグレードします(プロジェクトをアップグレードするよう求められるのは、プロジェクトが Blaze プランでない場合のみです)。

      Blaze レベルのプロジェクトだけがクラウドベースの API を使用できます。

    3. クラウドベースの API がまだ有効になっていない場合は、[クラウドベースの API を有効化] をクリックします。

    デバイスモデルのみを使用する場合は、この手順を省略できます。

これで、デバイスモデルまたはクラウドベース モデルを使用して画像にラベルを付ける準備ができました。

1. 入力画像を準備する

画像から FirebaseVisionImage オブジェクトを作成します。Bitmap を使用するか、camera2 API(JPEG フォーマットの media.Image)を使用すると、画像ラベラーの処理が速くなります。可能であれば、このフォーマットの使用をおすすめします。

  • FirebaseVisionImage オブジェクトを media.Image オブジェクトから作成するには(デバイスのカメラから画像をキャプチャする場合など)、media.Image オブジェクトと画像の回転を FirebaseVisionImage.fromMediaImage() に渡します。

    CameraX ライブラリを使用する場合は、OnImageCapturedListener クラスと ImageAnalysis.Analyzer クラスによって回転値が計算されるので、FirebaseVisionImage.fromMediaImage() を呼び出す前に、その回転を ML Kit の ROTATION_ 定数のいずれかに変換するだけで済みます。

    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
                // ...
            }
        }
    }
    

    画像の回転を取得するカメラ ライブラリを使用しない場合は、デバイスの回転とデバイス内のカメラセンサーの向きから計算できます。

    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;
    }

    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
    }

    次に、media.Image オブジェクトと回転値を FirebaseVisionImage.fromMediaImage() に渡します。

    Java

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

    Kotlin

    val image = FirebaseVisionImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation)
  • FirebaseVisionImage オブジェクトをファイルの URI から作成するには、アプリ コンテキストとファイルの URI を FirebaseVisionImage.fromFilePath() に渡します。これは、ACTION_GET_CONTENT インテントを使用して、ギャラリー アプリから画像を選択するようにユーザーに促すときに便利です。

    Java

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

    Kotlin

    val image: FirebaseVisionImage
    try {
        image = FirebaseVisionImage.fromFilePath(context, uri)
    } catch (e: IOException) {
        e.printStackTrace()
    }
  • FirebaseVisionImage オブジェクトを ByteBuffer またはバイト配列から作成するには、media.Image 入力について上記のように、まず画像の回転を計算します。

    次に、画像の高さ、幅、カラー エンコーディング形式、回転を含む FirebaseVisionImageMetadata オブジェクトを作成します。

    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();

    Kotlin

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

    メタデータ オブジェクトと、バッファまたは配列を使用して、FirebaseVisionImage オブジェクトを作成します。

    Java

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

    Kotlin

    val image = FirebaseVisionImage.fromByteBuffer(buffer, metadata)// Or: val image = FirebaseVisionImage.fromByteArray(byteArray, metadata)
  • FirebaseVisionImage オブジェクトを Bitmap オブジェクトから作成するコードは、以下のとおりです。

    Java

    FirebaseVisionImage image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap);

    Kotlin

    val image = FirebaseVisionImage.fromBitmap(bitmap)
    Bitmap オブジェクトによって表される画像は、これ以上回転させる必要がないように、正しい向きになっている必要があります。

2. イメージ ラベラーを構成して実行する

画像内のオブジェクトにラベルを付けるには、FirebaseVisionImage オブジェクトを FirebaseVisionImageLabelerprocessImage メソッドに渡します。

  1. まず、FirebaseVisionImageLabeler のインスタンスを取得します。

    デバイスのイメージ ラベラーを使用する場合:

    Java

    FirebaseVisionImageLabeler labeler = FirebaseVision.getInstance()
        .getOnDeviceImageLabeler();
    
    // Or, to set the minimum confidence required:
    // FirebaseVisionOnDeviceImageLabelerOptions options =
    //     new FirebaseVisionOnDeviceImageLabelerOptions.Builder()
    //         .setConfidenceThreshold(0.7f)
    //         .build();
    // FirebaseVisionImageLabeler labeler = FirebaseVision.getInstance()
    //     .getOnDeviceImageLabeler(options);
    

    Kotlin

    val labeler = FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceImageLabeler()
    
    // Or, to set the minimum confidence required:
    // val options = FirebaseVisionOnDeviceImageLabelerOptions.Builder()
    //     .setConfidenceThreshold(0.7f)
    //     .build()
    // val labeler = FirebaseVision.getInstance().getOnDeviceImageLabeler(options)
    

    クラウドのイメージ ラベラーを使用する場合:

    Java

    FirebaseVisionImageLabeler labeler = FirebaseVision.getInstance()
        .getCloudImageLabeler();
    
    // Or, to set the minimum confidence required:
    // FirebaseVisionCloudImageLabelerOptions options =
    //     new FirebaseVisionCloudImageLabelerOptions.Builder()
    //         .setConfidenceThreshold(0.7f)
    //         .build();
    // FirebaseVisionImageLabeler labeler = FirebaseVision.getInstance()
    //     .getCloudImageLabeler(options);
    

    Kotlin

    val labeler = FirebaseVision.getInstance().getCloudImageLabeler()
    
    // Or, to set the minimum confidence required:
    // val options = FirebaseVisionCloudImageLabelerOptions.Builder()
    //     .setConfidenceThreshold(0.7f)
    //     .build()
    // val labeler = FirebaseVision.getInstance().getCloudImageLabeler(options)
    

  2. 最後に、画像を processImage() メソッドに渡します。

    Java

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

    Kotlin

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

3. ラベル付きオブジェクトに関する情報を取得する

画像のラベル付けオペレーションが成功すると、FirebaseVisionImageLabel オブジェクトのリストが成功リスナーに渡されます。各 FirebaseVisionImageLabel オブジェクトは画像内でラベル付けされたものを表します。ラベルごとに、ラベルのテキストの説明、ラベルのナレッジグラフ エンティティの ID(使用できる場合)、マッチの信頼スコアを取得できます。次に例を示します。

Java

for (FirebaseVisionImageLabel label: labels) {
  String text = label.getText();
  String entityId = label.getEntityId();
  float confidence = label.getConfidence();
}

Kotlin

for (label in labels) {
  val text = label.text
  val entityId = label.entityId
  val confidence = label.confidence
}

リアルタイムのパフォーマンスを改善するためのヒント

リアルタイムのアプリケーションでラベルイメージを使用する場合は、適切なフレームレートを得るために次のガイドラインに従ってください。

  • イメージ ラベラーの呼び出しのスロットル調整を行います。イメージ ラベラーの実行中に新しい動画フレームが使用可能になった場合は、そのフレームをドロップします。例については、クイックスタート サンプルアプリの VisionProcessorBase クラスをご覧ください。
  • イメージ ラベラーの出力を使用して入力画像の上にグラフィックスをオーバーレイする場合は、まず ML Kit から検出結果を取得し、画像とオーバーレイを 1 つのステップでレンダリングします。これにより、ディスプレイ サーフェスへのレンダリングは入力フレームごとに 1 回で済みます。例については、クイックスタート サンプルアプリの CameraSourcePreview クラスと GraphicOverlay クラスをご覧ください。
  • Camera2 API を使用する場合は、ImageFormat.YUV_420_888 形式で画像をキャプチャします。

    古い Camera API を使用する場合は、ImageFormat.NV21 形式で画像をキャプチャします。

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