TensorFlow Object Detection API 自動辨識物件教學

指定模型

Tensorflow Object Detection API 提供了許多種不同的模型，每個模型各有優缺點，Speed 是辨識的速度，而 COCO mAP 則代表準確度，入門範例中使用的 ssd_mobilenet_v1_coco 模型是速度最快的，但是準確度也是最差的，這種模型適合用在即時（real time）的應用。如果比較在意準確度而不在意速度的話，就可以考慮其它模型。

在這個範例中，我們可以透過 MODEL_NAME 來指定模型，這裡示範換成準確度比較高的 Faster RCNN + NAS（Neural Architecture Search）模型：

# 使用 Faster RCNN + NAS 模型
MODEL_NAME = 'faster_rcnn_nas_coco_2017_11_08'
MODEL_FILE = MODEL_NAME + '.tar.gz'
DOWNLOAD_BASE = 'http://download.tensorflow.org/models/object_detection/'

以下是用 Faster RCNN + NAS 模型所跑出來的結果：

Faster RCNN + NAS 模型測試結果

Faster RCNN + NAS 模型測試結果

Faster RCNN + NAS 模型測試結果

Faster RCNN + NAS 模型測試結果

Faster RCNN + NAS 模型測試結果

換成 Faster RCNN + NAS 模型之後，大部分的結果都很不錯，只差小獅子會被誤判成貓與狗，不過感覺起來準確度是可以接受的。

影片與網路攝影機的物件辨識

以上的應用都是拿靜態的圖片進行物件辨識，接下來我們要示範如何從影片或即時的網路攝影機取得影像，靠著 Tensorflow Object Detection API 辨識出串流影片中的物件，並產生有物件標註的影片檔。

首先將上面的範例儲存成一般的 Python 指令稿，然後參考 OpenCV 擷取網路攝影機串流影像的技巧，將這個範例中的輸入影像替換為攝影機的影像，讓每個串流影格經過 Tensorflow Object Detection API 物件辨識處理後，再即時顯示在 OpenCV 的視窗中。

完整個範例程式碼如下：

import numpy as np
import os
import six.moves.urllib as urllib
import sys
import tarfile
import tensorflow as tf
import zipfile
import scipy.misc

# 加入 OpenCV 模組
import cv2

from collections import defaultdict
from io import StringIO
from matplotlib import pyplot as plt
from PIL import Image

if tf.__version__ != '1.4.0':
  raise ImportError('Please upgrade your tensorflow installation to v1.4.0!')

# 建立 VideoCapture 物件
cap = cv2.VideoCapture(1)

# 設定擷取的畫面解析度
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 960)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)

sys.path.append("..")

from utils import label_map_util
from utils import visualization_utils as vis_util

MODEL_NAME = 'ssd_mobilenet_v1_coco_2017_11_17'
MODEL_FILE = MODEL_NAME + '.tar.gz'
DOWNLOAD_BASE = 'http://download.tensorflow.org/models/object_detection/'
PATH_TO_CKPT = MODEL_NAME + '/frozen_inference_graph.pb'
PATH_TO_LABELS = os.path.join('data', 'mscoco_label_map.pbtxt')
NUM_CLASSES = 90

opener = urllib.request.URLopener()
opener.retrieve(DOWNLOAD_BASE + MODEL_FILE, MODEL_FILE)
tar_file = tarfile.open(MODEL_FILE)
for file in tar_file.getmembers():
  file_name = os.path.basename(file.name)
  if 'frozen_inference_graph.pb' in file_name:
    tar_file.extract(file, os.getcwd())

detection_graph = tf.Graph()
with detection_graph.as_default():
  od_graph_def = tf.GraphDef()
  with tf.gfile.GFile(PATH_TO_CKPT, 'rb') as fid:
    serialized_graph = fid.read()
    od_graph_def.ParseFromString(serialized_graph)
    tf.import_graph_def(od_graph_def, name='')

label_map = label_map_util.load_labelmap(PATH_TO_LABELS)
categories = label_map_util.convert_label_map_to_categories(label_map, max_num_classes=NUM_CLASSES, use_display_name=True)
category_index = label_map_util.create_category_index(categories)

def load_image_into_numpy_array(image):
  (im_width, im_height) = image.size
  return np.array(image.getdata()).reshape(
      (im_height, im_width, 3)).astype(np.uint8)

with detection_graph.as_default():
  with tf.Session(graph=detection_graph) as sess:
    # 使用無窮迴圈，持續擷取網路攝影機影像
    while True:
      # 讀取一個影格
      ret, image_np = cap.read()

      image_tensor = detection_graph.get_tensor_by_name('image_tensor:0')
      detection_boxes = detection_graph.get_tensor_by_name('detection_boxes:0')
      detection_scores = detection_graph.get_tensor_by_name('detection_scores:0')
      detection_classes = detection_graph.get_tensor_by_name('detection_classes:0')
      num_detections = detection_graph.get_tensor_by_name('num_detections:0')
      image_np_expanded = np.expand_dims(image_np, axis=0)

      (boxes, scores, classes, num) = sess.run(
          [detection_boxes, detection_scores, detection_classes, num_detections],
          feed_dict={image_tensor: image_np_expanded})

      vis_util.visualize_boxes_and_labels_on_image_array(
          image_np,
          np.squeeze(boxes),
          np.squeeze(classes).astype(np.int32),
          np.squeeze(scores),
          category_index,
          use_normalized_coordinates=True,
          line_thickness=4)
      # 以 OpenCV 視窗即時顯示辨識結果
      cv2.imshow('object detection', image_np)
      if cv2.waitKey(25) & 0xFF == ord('q'):
        cv2.destroyAllWindows()
        break

執行之後，就可以從網路攝影機擷取串流的影像，即時產生辨識的結果。

網路攝影機物件辨識

這是我將每個影格辨識的結果輸出成影片的樣子。

在這種即時性的應用，就比較適合使用 SSD + Mobilenet 這類運算比較快的模型，若使用 Faster RCNN + NAS 這種比較慢的模型，每個畫面運算就要等比較久。

除了即時擷取網路攝影機的影像之外，也可以從影片檔案讀取畫面來進行物件辨識，我拿之前用樹莓派拍攝的縮時攝影來測試，以下是測試結果：

參考資料：PythonProgramming.net

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