Detectar objetos em imagens nas plataformas da Apple usando um modelo treinado pelo AutoML

Depois de treinar seu modelo com o AutoML Vision Edge, você poderá usá-lo no seu app para detectar objetos nas imagens.

Há duas maneiras de integrar modelos treinados pelo AutoML Vision Edge. Você pode empacotar o modelo copiando os arquivos dele para seu projeto do Xcode ou fazer o download dele dinamicamente do Firebase.

Antes de começar

1. Se você quiser fazer o download de um modelo, adicione o Firebase ao seu projeto da Apple, caso ainda não tenha feito isso. Essa etapa não é necessária para empacotar o modelo.

2. Inclua as bibliotecas do TensorFlow e do Firebase no seu Podfile:

   Para agrupar um modelo e seu app:

   Swift

   pod 'TensorFlowLiteSwift'
   

   Objective-C

   pod 'TensorFlowLiteObjC'
   

   Para fazer o download dinâmico de um modelo do Firebase, adicione a dependência Firebase/MLModelInterpreter:

   Swift

   pod 'TensorFlowLiteSwift'
   pod 'Firebase/MLModelInterpreter'
   

   Objective-C

   pod 'TensorFlowLiteObjC'
   pod 'Firebase/MLModelInterpreter'
   

3. Depois de instalar ou atualizar os pods do projeto, abra o projeto do Xcode usando o .xcworkspace.

1. Carregar o modelo

Configurar uma fonte de modelo local

Para agrupar o modelo e o app, copie o arquivo de modelo e os rótulos no seu projeto do Xcode. Verifique se você selecionou Criar referências de pasta. O arquivo de modelo e os rótulos serão incluídos no pacote de apps.

Além disso, observe o arquivo tflite_metadata.json que foi criado junto com o modelo. Você precisa de dois valores:

• As dimensões de entrada do modelo. Esse tamanho é 320x320 por padrão.
• Detecções máximas do modelo. Esse valor é 40 por padrão.

Configurar uma fonte de modelos hospedada no Firebase

Para usar o modelo hospedado remotamente, crie um objeto CustomRemoteModel, especificando o nome que você atribuiu ao modelo quando o publicou:

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

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

Em seguida, inicie a tarefa de download do modelo, especificando as condições sob as quais você quer permitir o download. Se o modelo não estiver no dispositivo ou se uma versão mais recente do modelo estiver disponível, a tarefa fará o download do modelo de forma assíncrona do Firebase:

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

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

Muitos apps iniciam a tarefa de download no código de inicialização, mas você pode fazer isso a qualquer momento antes de precisar usar o modelo.

Criar um detector de objetos do seu modelo

Depois de configurar as fontes de modelo, crie um objeto Interpreter do TensorFlow Lite usando um deles.

Se você tiver apenas um modelo agrupado localmente, basta criar um interpretador a partir do arquivo de modelo:

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()

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; }

Se você tiver um modelo hospedado remotamente, será necessário verificar se foi feito o download dele antes de executá-lo. É possível verificar o status da tarefa de download do modelo usando o método isModelDownloaded(remoteModel:) do gerenciador de modelos.

Embora você só precise confirmar isso antes de executar o interpretador, se você tiver um modelo hospedado remotamente e um modelo agrupado localmente, talvez faça sentido realizar essa verificação ao instanciar o Interpreter: crie um interpretador a partir do remoto modelo se o download dele foi feito. Caso contrário, crie partir do modelo local.

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()

__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; }

Se você tiver apenas um modelo hospedado remotamente, desative o recurso relacionado ao modelo (por exemplo, ocultando ou esmaecendo parte da IU) até confirmar que o download do modelo foi concluído.

Também é possível receber o status de download do modelo. Para fazer isso, basta enviar observadores à Central de Notificações padrão: Use uma referência fraca a self no bloco de observadores, já que os downloads podem demorar um pouco, e o objeto de origem vai ser liberado quando o download for concluído. Exemplo:

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]
    // ...
}

__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. Preparar a imagem de entrada

Em seguida, você precisa preparar suas imagens para o interpretador do TensorFlow Lite.

1. Recorte e dimensione a imagem para as dimensões de entrada do modelo, conforme especificado no arquivo tflite_metadata.json (320x320 pixels por padrão). Faça isso com o Core Image ou com uma biblioteca de terceiros.

2. Copie os dados da imagem para um Data (objeto 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. Executar o detector de objetos

Em seguida, passe a entrada preparada para o interpretador:

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

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. Receber informações sobre objetos detectados

Se a detecção de objetos for bem-sucedida, o modelo produzirá como saída três matrizes de 40 elementos (ou o que tiver sido especificado no arquivo tflite_metadata.json). Cada elemento corresponde a um possível objeto. A primeira matriz é uma matriz de caixas delimitadoras, a segunda uma matriz de rótulos e a terceira uma matriz de níveis de confiança. Para receber as saídas do modelo:

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)

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; }

Em seguida, combine as saídas de rótulo com seu dicionário de rótulos:

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))")
    }
}

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);
    }
}

Dicas para melhorar o desempenho em tempo real

Caso você queira rotular imagens em um aplicativo em tempo real, siga estas diretrizes para ter as melhores taxas de frames:

• Limite as chamadas ao detector. Se um novo frame de vídeo for disponibilizado durante a execução do detector, descarte esse frame.
• Se você estiver usando a resposta do detector para sobrepor elementos gráficos na imagem de entrada, primeiro acesse o resultado e, em seguida, renderize a imagem e a sobreposição em uma única etapa. Ao fazer isso, você renderiza a superfície de exibição apenas uma vez para cada frame de entrada. Consulte as classes previewOverlayView e FIRDetectionOverlayView no app de exemplo da demonstração.