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        實戰(zhàn):使用 PyTorch 和 OpenCV 實現(xiàn)實時目標(biāo)檢測系統(tǒng)

        共 5496字,需瀏覽 11分鐘

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        2021-08-01 12:18

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        重磅干貨,第一時間送達(dá)


        一、引言
        自動駕駛汽車可能仍然難以理解人類和垃圾桶之間的區(qū)別,但這并沒有使最先進(jìn)的物體檢測模型在過去十年中取得的驚人進(jìn)步相去甚遠(yuǎn)。


        將其與 OpenCV 等庫的圖像處理能力相結(jié)合,如今在數(shù)小時內(nèi)構(gòu)建實時對象檢測系統(tǒng)原型要容易得多。在本指南中,我們將嘗試向您展示如何開發(fā)用于簡單對象檢測應(yīng)用程序的子系統(tǒng),以及如何將所有這些組合在一起。


        二、Python與C++


        我知道你們中的一些人可能會想,為什么我們要使用Python,在某種程度上,它對于實時應(yīng)用程序來說不是太慢了嗎。


        大多數(shù)計算重操作,如預(yù)測或圖像處理,都是通過PyTrand和OpenCV來執(zhí)行的,它們都使用C++在場景后面實現(xiàn)這些操作,因此,如果我們在這里使用C++或Python,則不會有太大的差別。



        三、讀取視頻流


        輸入的視頻源可以是任何內(nèi)容,從網(wǎng)絡(luò)攝像頭讀取,或解析現(xiàn)有視頻,或從連接到網(wǎng)絡(luò)的外部攝像頭。在此示例中,我們將展示如何從 youtube 或網(wǎng)絡(luò)攝像頭讀取視頻流。


        四、從YouTube讀取


        你們可能不想出去創(chuàng)建新視頻,而是使用許多在線可用的視頻。在這種情況下,你們可以從 youtube 讀取視頻流。

        import cv2 # opencv2 package for python.import pafy # pafy allows us to read videos from youtube.URL = "https://www.youtube.com/watch?v=dQw4w9WgXcQ" #URL to parseplay = pafy.new(self._URL).streams[-1] #'-1' means read the lowest quality of video.assert play is not None # we want to make sure their is a input to read.stream = cv2.VideoCapture(play.url) #create a opencv video stream.


        五、從網(wǎng)絡(luò)攝像頭讀取


        import cv2stream = cv2.VideoCapture(0) # 0 means read from local camera.


        六、讀取IP攝像頭


        如果你們正在構(gòu)建將部署在服務(wù)器上的應(yīng)用程序,攝像機(jī)擁有一個自己的 IP 地址,你可以從中訪問視頻流。

        import cv2camera_ip = "rtsp://username:password@IP/port"stream = cv2.VideoCapture(camera_ip)


        七、加載模型


        有許多不錯的對象檢測模型,每個模型都有其優(yōu)點和缺點。為了簡單起見,我們將使用YoloV5,因為它為我們提供了對我們的實時應(yīng)用程序至關(guān)重要的快速應(yīng)用。你們還可以查看其他模型,例如 FasterRCNN。


        我們可以直接從 PyTorch hub 加載模型,第一次運(yùn)行代碼可能需要幾分鐘,因為它會從互聯(lián)網(wǎng)上下載模型,但下次它將直接從磁盤加載。

        from torch import hub # Hub contains other models like FasterRCNNmodel = torch.hub.load( \                      'ultralytics/yolov5', \                      'yolov5s', \                      pretrained=True)


        八、單幀評分


        我們可以說“解析一個視頻流,從一幀開始”。那么讓我們看看如何對單個幀進(jìn)行評分和解析。我們用來執(zhí)行應(yīng)用的設(shè)備對我們的應(yīng)用速度產(chǎn)生了巨大的影響,現(xiàn)代深度學(xué)習(xí)模型在使用 GPU 時效果最好,因此如果你們有一個帶有 CUDA 內(nèi)核的 GPU,它將大大提高您的性能。根據(jù)經(jīng)驗,即使是單個 GPU 的系統(tǒng)也可以達(dá)到每秒 45-60 幀,而 CPU 最多只能提供 25-30 幀。

        """The function below identifies the device which is availabe to make the prediction and uses it to load and infer the frame. Once it has results it will extract the labels and cordinates(Along with scores) for each object detected in the frame."""def score_frame(frame, model):    device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'    model.to(device)    frame = [torch.tensor(frame)]    results = self.model(frame)    labels = results.xyxyn[0][:, -1].numpy()    cord = results.xyxyn[0][:, :-1].numpy()    return labels, cord
        九、繪制試別對象及框架


        一旦我們對幀進(jìn)行了評分,在將幀寫入輸出流之前,我們需要在幀上繪制識別的對象及其框。為此,我們可以使用 OpenCV 的圖像處理工具包。

        """The function below takes the results and the frame as input and plots boxes over all the objects which have a score higer than our threshold."""def plot_boxes(self, results, frame):    labels, cord = results    n = len(labels)    x_shape, y_shape = frame.shape[1], frame.shape[0]    for i in range(n):        row = cord[i]        # If score is less than 0.2 we avoid making a prediction.        if row[4] < 0.2:             continue        x1 = int(row[0]*x_shape)        y1 = int(row[1]*y_shape)        x2 = int(row[2]*x_shape)        y2 = int(row[3]*y_shape)        bgr = (0, 255, 0) # color of the box        classes = self.model.names # Get the name of label index        label_font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX #Font for the label.        cv2.rectangle(frame, \                      (x1, y1), (x2, y2), \                       bgr, 2) #Plot the boxes        cv2.putText(frame,\                    classes[labels[i]], \                    (x1, y1), \                    label_font, 0.9, bgr, 2) #Put a label over box.        return frame


        十、輸出




        十一、整合


        現(xiàn)在我們將它們整合到一個調(diào)用函數(shù)中,在循環(huán)中執(zhí)行整個操作,讓我們回顧一下我們的主要功能必須執(zhí)行以成功運(yùn)行應(yīng)用程序的步驟。

        1. 創(chuàng)建視頻流輸入。
        2. 加載模型。
        3. 當(dāng)輸入可用時,閱讀下一幀。
        4. 對框架進(jìn)行評分以獲取標(biāo)簽和坐標(biāo)。
        5. 在檢測到的對象上繪制框。
        6. 將處理后的幀寫入輸出視頻流。
        """The Function below oracestrates the entire operation and performs the real-time parsing for video stream."""def __call__(self):    player = self.get_video_stream() #Get your video stream.    assert player.isOpened() # Make sure that their is a stream.     #Below code creates a new video writer object to write our    #output stream.    x_shape = int(player.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))    y_shape = int(player.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))    four_cc = cv2.VideoWriter_fourcc(*"MJPG") #Using MJPEG codex    out = cv2.VideoWriter(out_file, four_cc, 20, \                          (x_shape, y_shape))     ret, frame = player.read() # Read the first frame.    while rect: # Run until stream is out of frames        start_time = time() # We would like to measure the FPS.        results = self.score_frame(frame) # Score the Frame        frame = self.plot_boxes(results, frame) # Plot the boxes.        end_time = time()        fps = 1/np.round(end_time - start_time, 3) #Measure the FPS.        print(f"Frames Per Second : {fps}")        out.write(frame) # Write the frame onto the output.        ret, frame = player.read() # Read next frame.

        你們應(yīng)該將所有這些組件打包到一個類中,該類可以與你們希望將輸出流寫入其中的 URL 和輸出文件一起調(diào)用。最終效果如下:


        十二、結(jié)論


        當(dāng)然,生產(chǎn)級實時應(yīng)用程序比這復(fù)雜得多,但本文并不打算教授這一點。它是為了展示 Python 的驚人力量,它使我們能夠在數(shù)小時內(nèi)構(gòu)建如此復(fù)雜的應(yīng)用程序原型。


        Github代碼鏈接:https://github.com/akash-agni



        下載1:OpenCV-Contrib擴(kuò)展模塊中文版教程
        在「小白學(xué)視覺」公眾號后臺回復(fù):擴(kuò)展模塊中文教程即可下載全網(wǎng)第一份OpenCV擴(kuò)展模塊教程中文版,涵蓋擴(kuò)展模塊安裝、SFM算法、立體視覺、目標(biāo)跟蹤、生物視覺、超分辨率處理等二十多章內(nèi)容。

        下載2:Python視覺實戰(zhàn)項目52講
        小白學(xué)視覺公眾號后臺回復(fù):Python視覺實戰(zhàn)項目,即可下載包括圖像分割、口罩檢測、車道線檢測、車輛計數(shù)、添加眼線、車牌識別、字符識別、情緒檢測、文本內(nèi)容提取、面部識別等31個視覺實戰(zhàn)項目,助力快速學(xué)校計算機(jī)視覺。

        下載3:OpenCV實戰(zhàn)項目20講
        小白學(xué)視覺公眾號后臺回復(fù):OpenCV實戰(zhàn)項目20講,即可下載含有20個基于OpenCV實現(xiàn)20個實戰(zhàn)項目,實現(xiàn)OpenCV學(xué)習(xí)進(jìn)階。

        交流群


        歡迎加入公眾號讀者群一起和同行交流,目前有SLAM、三維視覺、傳感器、自動駕駛、計算攝影、檢測、分割、識別、醫(yī)學(xué)影像、GAN、算法競賽等微信群(以后會逐漸細(xì)分),請掃描下面微信號加群,備注:”昵稱+學(xué)校/公司+研究方向“,例如:”張三 + 上海交大 + 視覺SLAM“。請按照格式備注,否則不予通過。添加成功后會根據(jù)研究方向邀請進(jìn)入相關(guān)微信群。請勿在群內(nèi)發(fā)送廣告,否則會請出群,謝謝理解~


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