Wykrywanie obiektów w obrazach za pomocą modelu wytrenowanego przez AutoML na platformach Apple

Po wytrenowaniu własnego modelu za pomocą AutoML Vision Edge możesz go używać w aplikacji do wykrywania obiektów na obrazach.

Modele wytrenowane za pomocą AutoML Vision Edge można integrować na 2 sposoby. Możesz zgrupować model, kopiując jego pliki do projektu Xcode, lub pobrać go dynamicznie z Firebase.

Opcje grupowania modeli
Pakiet w aplikacji
  • Model jest częścią pakietu
  • Model jest dostępny od razu, nawet gdy urządzenie Apple jest offline
  • Nie potrzeba projektu Firebase
Hostowany w Firebase

Zanim zaczniesz

  1. Jeśli chcesz pobrać model, dodaj Firebase do projektu w Apple, jeśli nie zostało to jeszcze zrobione. Nie jest to wymagane, gdy model jest w pakiecie.

  2. Umieść w pliku Podfile biblioteki TensorFlow i Firebase:

    Aby dołączyć model do aplikacji:

    Swift

    pod 'TensorFlowLiteSwift'

    Objective-C

    pod 'TensorFlowLiteObjC'

    Aby dynamicznie pobierać model z Firebase, dodaj zależność Firebase/MLModelInterpreter:

    Swift

    pod 'TensorFlowLiteSwift'
pod 'Firebase/MLModelInterpreter'

    Objective-C

    pod 'TensorFlowLiteObjC'
pod 'Firebase/MLModelInterpreter'

  3. Po zainstalowaniu lub zaktualizowaniu pakietów projektu otwórz projekt Xcode za pomocą .xcworkspace.

1. Wczytaj model

Konfigurowanie źródła lokalnego modelu

Aby dołączyć model do aplikacji, skopiuj plik modelu i plik etykiet do projektu Xcode, pamiętając o zaznaczeniu opcji Utwórz odwołania do folderów. Plik modelu i etykiety zostaną uwzględnione w pakiecie aplikacji.

Spójrz też na plik tflite_metadata.json, który został utworzony razem z modelem. Potrzebujesz 2 wartości:

  • Wymiary wejściowe modelu. Domyślnie jest to 320 x 320.
  • Maksymalna liczba wykryć modelu. Domyślnie wynosi on 40.

Konfigurowanie źródła modelu hostowanego w Firebase

Aby używać modelu hostowanego zdalnie, utwórz obiekt CustomRemoteModel z nazwą przypisaną do modelu podczas jego publikacji:

Swift

let remoteModel = CustomRemoteModel(
    name: "your_remote_model"  // The name you assigned in the Google Cloud console.
)

Objective-C

FIRCustomRemoteModel *remoteModel = [[FIRCustomRemoteModel alloc]
                                     initWithName:@"your_remote_model"];

Następnie uruchom zadanie pobierania modelu, określając warunki, w jakich chcesz zezwolić na pobieranie. Jeśli modelu nie ma na urządzeniu lub jeśli jest dostępna jego nowsza wersja, zadanie pobierze go asynchronicznie z Firebase:

Swift

let downloadProgress = ModelManager.modelManager().download(
    remoteModel,
    conditions: ModelDownloadConditions(
        allowsCellularAccess: true,
        allowsBackgroundDownloading: true
    )
)

Objective-C

FIRModelDownloadConditions *conditions =
        [[FIRModelDownloadConditions alloc] initWithAllowsCellularAccess:YES
                                             allowsBackgroundDownloading:YES];
NSProgress *progress = [[FIRModelManager modelManager] downloadModel:remoteModel
                                                          conditions:conditions];

Wiele aplikacji rozpoczyna zadanie pobierania w kodzie inicjowania, ale możesz to zrobić w dowolnym momencie, zanim trzeba będzie użyć modelu.

Tworzenie wykrywacza obiektów na podstawie modelu

Po skonfigurowaniu źródeł modelu utwórz obiekt TensorFlow Lite Interpreter na podstawie jednego z nich.

Jeśli masz tylko model dołączony lokalnie, po prostu utwórz interpreter na podstawie pliku modelu:

Swift

guard let modelPath = Bundle.main.path(
    forResource: "model",
    ofType: "tflite"
) else {
  print("Failed to load the model file.")
  return true
}
let interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath)
try interpreter.allocateTensors()

Objective-C

NSString *modelPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"model"
                                                      ofType:@"tflite"];

NSError *error;
TFLInterpreter *interpreter = [[TFLInterpreter alloc] initWithModelPath:modelPath
                                                                  error:&error];
if (error != NULL) { return; }

[interpreter allocateTensorsWithError:&error];
if (error != NULL) { return; }

Jeśli model jest hostowany zdalnie, przed jego uruchomieniem musisz sprawdzić, czy został pobrany. Stan pobierania modelu możesz sprawdzić, korzystając z metody isModelDownloaded(remoteModel:) menedżera modeli.

Musisz to potwierdzić tylko przed uruchomieniem interpretera. Jeśli masz model hostowany zdalnie i model wbudowany lokalnie, warto wykonać tę kontrolę podczas tworzenia instancji Interpreter: utwórz interpreter z modelu zdalnego, jeśli został pobrany, a w przeciwnym razie – z modelu lokalnego.

Swift

var modelPath: String?
if ModelManager.modelManager().isModelDownloaded(remoteModel) {
    ModelManager.modelManager().getLatestModelFilePath(remoteModel) { path, error in
        guard error == nil else { return }
        guard let path = path else { return }
        modelPath = path
    }
} else {
    modelPath = Bundle.main.path(
        forResource: "model",
        ofType: "tflite"
    )
}

guard modelPath != nil else { return }
let interpreter = try Interpreter(modelPath: modelPath)
try interpreter.allocateTensors()

Objective-C

__block NSString *modelPath;
if ([[FIRModelManager modelManager] isModelDownloaded:remoteModel]) {
    [[FIRModelManager modelManager] getLatestModelFilePath:remoteModel
                                                completion:^(NSString * _Nullable filePath,
                                                             NSError * _Nullable error) {
        if (error != NULL) { return; }
        if (filePath == NULL) { return; }
        modelPath = filePath;
    }];
} else {
    modelPath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"model"
                                                ofType:@"tflite"];
}

NSError *error;
TFLInterpreter *interpreter = [[TFLInterpreter alloc] initWithModelPath:modelPath
                                                                  error:&error];
if (error != NULL) { return; }

[interpreter allocateTensorsWithError:&error];
if (error != NULL) { return; }

Jeśli masz tylko model hostowany zdalnie, wyłącz funkcje związane z modelem (np. wygaszaj lub ukryj część interfejsu użytkownika), dopóki nie potwierdzisz, że model został pobrany.

Stan pobierania modelu możesz sprawdzić, dołączając obserwatorów do domyślnego Centrum powiadomień. W bloku obserwatora używaj słabego odwołania do self, ponieważ pobieranie może zająć trochę czasu, a obiekt źródłowy może zostać zwolniony przed zakończeniem pobierania. Przykład:

Swift

NotificationCenter.default.addObserver(
    forName: .firebaseMLModelDownloadDidSucceed,
    object: nil,
    queue: nil
) { [weak self] notification in
    guard let strongSelf = self,
        let userInfo = notification.userInfo,
        let model = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.remoteModel.rawValue]
            as? RemoteModel,
        model.name == "your_remote_model"
        else { return }
    // The model was downloaded and is available on the device
}

NotificationCenter.default.addObserver(
    forName: .firebaseMLModelDownloadDidFail,
    object: nil,
    queue: nil
) { [weak self] notification in
    guard let strongSelf = self,
        let userInfo = notification.userInfo,
        let model = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.remoteModel.rawValue]
            as? RemoteModel
        else { return }
    let error = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.error.rawValue]
    // ...
}

Objective-C

__weak typeof(self) weakSelf = self;

[NSNotificationCenter.defaultCenter
    addObserverForName:FIRModelDownloadDidSucceedNotification
                object:nil
                 queue:nil
            usingBlock:^(NSNotification *_Nonnull note) {
              if (weakSelf == nil | note.userInfo == nil) {
                return;
              }
              __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;

              FIRRemoteModel *model = note.userInfo[FIRModelDownloadUserInfoKeyRemoteModel];
              if ([model.name isEqualToString:@"your_remote_model"]) {
                // The model was downloaded and is available on the device
              }
            }];

[NSNotificationCenter.defaultCenter
    addObserverForName:FIRModelDownloadDidFailNotification
                object:nil
                 queue:nil
            usingBlock:^(NSNotification *_Nonnull note) {
              if (weakSelf == nil | note.userInfo == nil) {
                return;
              }
              __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;

              NSError *error = note.userInfo[FIRModelDownloadUserInfoKeyError];
            }];

2. Przygotuj obraz wejściowy

Następnie musisz przygotować obrazy na potrzeby interpretera TensorFlow Lite.

  1. Przytnij i pomnóż obraz do wymiarów wejściowych modelu, zgodnie z danymi w pliku tflite_metadata.json (domyślnie 320 x 320 pikseli). Możesz to zrobić za pomocą Core Image lub biblioteki innej firmy.

  2. Skopiuj dane obrazu do pliku Data (obiekt NSData):

    Swift

    guard let image: CGImage = // Your input image
guard let context = CGContext(
  data: nil,
  width: image.width, height: image.height,
  bitsPerComponent: 8, bytesPerRow: image.width * 4,
  space: CGColorSpaceCreateDeviceRGB(),
  bitmapInfo: CGImageAlphaInfo.noneSkipFirst.rawValue
) else {
  return nil
}

context.draw(image, in: CGRect(x: 0, y: 0, width: image.width, height: image.height))
guard let imageData = context.data else { return nil }

var inputData = Data()
for row in 0 ..< 320 {    // Model takes 320x320 pixel images as input
  for col in 0 ..< 320 {
    let offset = 4 * (col * context.width + row)
    // (Ignore offset 0, the unused alpha channel)
    var red = imageData.load(fromByteOffset: offset+1, as: UInt8.self)
    var green = imageData.load(fromByteOffset: offset+2, as: UInt8.self)
    var blue = imageData.load(fromByteOffset: offset+3, as: UInt8.self)

    inputData.append(&red, count: 1)
    inputData.append(&green, count: 1)
    inputData.append(&blue, count: 1)
  }
}

    Objective-C

    CGImageRef image = // Your input image
long imageWidth = CGImageGetWidth(image);
long imageHeight = CGImageGetHeight(image);
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(nil,
                                             imageWidth, imageHeight,
                                             8,
                                             imageWidth * 4,
                                             CGColorSpaceCreateDeviceRGB(),
                                             kCGImageAlphaNoneSkipFirst);
CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), image);
UInt8 *imageData = CGBitmapContextGetData(context);

NSMutableData *inputData = [[NSMutableData alloc] initWithCapacity:0];

for (int row = 0; row < 300; row++) {
  for (int col = 0; col < 300; col++) {
    long offset = 4 * (row * imageWidth + col);
    // (Ignore offset 0, the unused alpha channel)
    UInt8 red = imageData[offset+1];
    UInt8 green = imageData[offset+2];
    UInt8 blue = imageData[offset+3];

    [inputData appendBytes:&red length:1];
    [inputData appendBytes:&green length:1];
    [inputData appendBytes:&blue length:1];
  }
}

3. Uruchamianie detektora obiektów

Następnie prześlij przygotowane dane do tłumaczacza:

Swift

try interpreter.copy(inputData, toInputAt: 0)
try interpreter.invoke()

Objective-C

TFLTensor *input = [interpreter inputTensorAtIndex:0 error:&error];
if (error != nil) { return; }

[input copyData:inputData error:&error];
if (error != nil) { return; }

[interpreter invokeWithError:&error];
if (error != nil) { return; }

4. Uzyskiwanie informacji o wykrytych obiektach

Jeśli wykrywanie obiektów się powiedzie, model wygeneruje 3 tablice po 40 elementów (lub dowolną liczbę elementów określoną w pliku tflite_metadata.json). Każdy element odpowiada jednemu potencjalnemu obiektowi. Pierwsza tablica to tablica ramek ograniczających, druga – etykiet, a trzecia – wartości ufności. Aby uzyskać dane wyjściowe modelu:

Swift

var output = try interpreter.output(at: 0)
let boundingBoxes =
    UnsafeMutableBufferPointer<Float32>.allocate(capacity: 4 * 40)
output.data.copyBytes(to: boundingBoxes)

output = try interpreter.output(at: 1)
let labels =
    UnsafeMutableBufferPointer<Float32>.allocate(capacity: 40)
output.data.copyBytes(to: labels)

output = try interpreter.output(at: 2)
let probabilities =
    UnsafeMutableBufferPointer<Float32>.allocate(capacity: 40)
output.data.copyBytes(to: probabilities)

Objective-C

TFLTensor *output = [interpreter outputTensorAtIndex:0 error:&error];
if (error != nil) { return; }
NSData *boundingBoxes = [output dataWithError:&error];
if (error != nil) { return; }

output = [interpreter outputTensorAtIndex:1 error:&error];
if (error != nil) { return; }
NSData *labels = [output dataWithError:&error];
if (error != nil) { return; }

output = [interpreter outputTensorAtIndex:2 error:&error];
if (error != nil) { return; }
NSData *probabilities = [output dataWithError:&error];
if (error != nil) { return; }

Następnie możesz połączyć dane wyjściowe etykiety z słownikiem etykiet:

Swift

guard let labelPath = Bundle.main.path(
    forResource: "dict",
    ofType: "txt"
) else { return true }
let fileContents = try? String(contentsOfFile: labelPath)
guard let labelText = fileContents?.components(separatedBy: "\n") else { return true }

for i in 0 ..< 40 {
    let top = boundingBoxes[0 * i]
    let left = boundingBoxes[1 * i]
    let bottom = boundingBoxes[2 * i]
    let right = boundingBoxes[3 * i]

    let labelIdx = Int(labels[i])
    let label = labelText[labelIdx]
    let confidence = probabilities[i]

    if confidence > 0.66 {
        print("Object found: \(label) (confidence: \(confidence))")
        print("  Top-left: (\(left),\(top))")
        print("  Bottom-right: (\(right),\(bottom))")
    }
}

Objective-C

NSString *labelPath = [NSBundle.mainBundle pathForResource:@"dict"
                                                    ofType:@"txt"];
NSString *fileContents = [NSString stringWithContentsOfFile:labelPath
                                                   encoding:NSUTF8StringEncoding
                                                      error:&error];
if (error != nil || fileContents == NULL) { return; }
NSArray<NSString*> *labelText = [fileContents componentsSeparatedByString:@"\n"];

for (int i = 0; i < 40; i++) {
    Float32 top, right, bottom, left;
    Float32 labelIdx;
    Float32 confidence;

    [boundingBoxes getBytes:&top range:NSMakeRange(16 * i + 0, 4)];
    [boundingBoxes getBytes:&left range:NSMakeRange(16 * i + 4, 4)];
    [boundingBoxes getBytes:&bottom range:NSMakeRange(16 * i + 8, 4)];
    [boundingBoxes getBytes:&right range:NSMakeRange(16 * i + 12, 4)];

    [labels getBytes:&labelIdx range:NSMakeRange(4 * i, 4)];
    [probabilities getBytes:&confidence range:NSMakeRange(4 * i, 4)];

    if (confidence > 0.5f) {
        NSString *label = labelText[(int)labelIdx];
        NSLog(@"Object detected: %@", label);
        NSLog(@"  Confidence: %f", confidence);
        NSLog(@"  Top-left: (%f,%f)", left, top);
        NSLog(@"  Bottom-right: (%f,%f)", right, bottom);
    }
}

Wskazówki dotyczące zwiększania skuteczności w czasie rzeczywistym

Jeśli chcesz oznaczać obrazy w aplikacji w czasie rzeczywistym, postępuj zgodnie z tymi wskazówkami, aby uzyskać najlepszą liczbę klatek na sekundę:

  • ograniczać wywołania do tego detektora. Jeśli podczas działania detektora pojawi się nowa klatka wideo, odrzuć ją.
  • Jeśli używasz danych wyjściowych z detektora do nakładania grafiki na obraz wejściowy, najpierw uzyskaj wynik, a potem renderuj obraz i nakładaj go w jednym kroku. W ten sposób renderujesz na powierzchni wyświetlacza tylko raz w przypadku każdej ramki wejściowej. Przykładem są klasy previewOverlayView i FIRDetectionOverlayView w przykładowej aplikacji z galerii.