?使用Mediapipe对图像进行手部地标检测

磐创AI

    概述
    在本文中,我们将以深度库即 Mediapipe为基础库,以及其他计算机视觉预处理的CV2库来制作手部地标检测模型。市场上有很多关于这种问题的用例,例如商业相关的虚拟现实、游戏部分的实时体验。
    
    行业用例
    1. 智能家居:这是计算机视觉的现代用例之一,人们使用智能家居来过上更舒适的生活,这就是为什么它不再是一个小众领域,它也正在蔓延到普通家庭。
    2. 智能电视:我们经常看到这种用例,你可以用手势来改变音量、改变频道等等。
    3. 游戏:对于真正的体验,这项技术越来越多地融入互动游戏。
    让我们建立我们的手部检测模型
    导入库
    在这里,我们将导入整个管道中需要的所有库。
    import cv2
    import numpy as np
    import mediapipe as mp
    import matplotlib.pyplot as plt
    使用 Mediapipe 初始化手的地标检测模型
    第一步是使用有效参数初始化模型,无论我们采用哪种检测技术,它可以是Mediapipe 或Yolo,初始化模型很重要,遵循相同的原则,我们将遵循所有给定的步骤:
    # First step is to initialize the Hands class an store it in a variable
    mp_hands = mp.solutions.hands
    # Now second step is to set the hands function which will hold the landmarks points
    hands = mp_hands.Hands(static_image_mode=True, max_num_hands=2, min_detection_confidence=0.3)
    # Last step is to set up the drawing function of hands landmarks on the image
    mp_drawing = mp.solutions.drawing_utils
    代码分解:
    1. 首先,使用mp.solutions.hands初始化变量 mp_hands。然后使用相同的变量通过mp.solutions.hands.Hands()为hands设置函数。
    2. 到目前为止,我们了解了手模型初始化的结构,现在让我们深入研究函数中使用的参数hands。
    · static_image_mode: 该参数将布尔值作为其有效值,即它可以是True或False。当处理视频流时,默认条件是 False ,这意味着它会降低处理延迟,即它会继续专注于特定的手并定位相同的手,直到它追踪的手消失,当我们必须检测实时流或视频中的手时,这可能是有益的,根据我们的要求,我们必须检测图像上的地标,因此我们将值设置为True。
    · max_num_hands:此参数将指示模型将在一个实例中检测到的最大手数。默认情况下,该值为 2,这也是有意义的,尽管我们可以更改它,但我们希望至少检测到一双手。
    · min_detection_confidence:它提供了置信水平的阈值。最小检测置信度的理想范围是 [0.0,1.0],默认情况下,它保持为 0.5,这意味着如果置信度低于 50%,则在输出图像中根本不会检测到手。
    最后,我们将使用mp.solutions.drawing_utils,它将负责在输出图像上绘制所有手的地标,这些地标由我们的 Hands 函数检测到。
    读取图像
    在这里,我们将首先使用cv2.imread()读取要在其上执行手部检测的图像,并使用matplotlib库来显示该特定输入图像。
    # Reading the sample image on which we will perform the detection
    sample_img = cv2.imread('media/sample.jpg')
    # Here we are specifing the size of the figure i.e. 10 -height; 10- width.
    plt.figure(figsize = [10, 10])
    # Here we will display the sample image as the output.
    plt.title("Sample Image");plt.axis('off');plt.imshow(sample_img[:,:,::-1]);plt.show()
    输出:
    
    执行手部地标检测
    因此,现在我们已经初始化了我们的手部检测模型,下一步将是处理输入图像上的手部地标检测,并使用上述初始化模型在该图像上绘制所有 21 个地标,我们将通过以下步骤。
    
    results = hands.process(cv2.cvtColor(sample_img, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    if results.multi_hand_landmarks:
        
      for hand_no, hand_landmarks in enumerate(results.multi_hand_landmarks):
           print(f'HAND NUMBER: {hand_no+1}')
           print('-----------------------')
            
           for i in range(2):
               print(f'{mp_hands.HandLandmark(i).name}:')
               print(f'{hand_landmarks.landmark[mp_hands.HandLandmark(i).value]}')
    输出:
    
    代码分解:
    1. 第一步,我们使用Mediapipe 库中的process函数将手部地标检测结果存储在变量results中,同时我们将图像从 BGR 格式转换为 RGB 格式。
    2. 在进入下一步时,我们将首先检查一些验证,是否检测到点,即变量results应该存放了一些结果。
    3. 如果是,那么我们将遍历在图像中检测到的具有手部地标的所有点。
    4. 现在在另一个循环中,我们可以看到只有 2 次迭代,因为我们只想显示手的 2 个地标。
    5. 最后,我们将根据要求打印出所有检测到并过滤掉的地标。
    从上面的处理中,我们发现所有检测到的地标都被归一化为通用尺度,但是现在对于用户端,这些缩放点是不相关的,因此我们会将这些地标恢复到原始状态。
    image_height, image_width, _ = sample_img.shape
    if results.multi_hand_landmarks:
       for hand_no, hand_landmarks in enumerate(results.multi_hand_landmarks):
            
           print(f'HAND NUMBER: {hand_no+1}')
           print('-----------------------')
            
           for i in range(2):    
               print(f'{mp_hands.HandLandmark(i).name}:') 
               print(f'x: {hand_landmarks.landmark[mp_hands.HandLandmark(i).value].x * image_width}')
               print(f'y: {hand_landmarks.landmark[mp_hands.HandLandmark(i).value].y * image_height}')
               print(f'z: {hand_landmarks.landmark[mp_hands.HandLandmark(i).value].z * image_width}n')
    输出:
    
    代码分解:
    我们只需要在这里执行一个额外的步骤,即我们将从我们定义的示例图像中获得图像的原始宽度和高度,然后所有步骤将与我们之前所做的相同,唯一不同的将是现在地标点没有专门缩放。
    在图像上绘制地标
    由于我们已经从上述预处理中获得了手部地标,现在是时候执行我们的最后一步了,即在图像上绘制点,以便我们可以直观地看到我们的手部地标检测模型是如何执行的。
    img_copy = sample_img.copy()
    if results.multi_hand_landmarks:
       for hand_no, hand_landmarks in enumerate(results.multi_hand_landmarks):
            
           mp_drawing.draw_landmarks(image = img_copy, landmark_list = hand_landmarks,
                                     connections = mp_hands.HAND_CONNECTIONS)
       fig = plt.figure(figsize = [10, 10])
       plt.title("Resultant Image");plt.axis('off');plt.imshow(img_copy[:,:,::-1]);plt.show()
    输出:
    
    代码分解:
    1. 首先,我们将创建原始图像的副本,此步骤是出于安全目的,因为我们不想失去图像的原创性。
    2. 然后我们将处理之前所做的验证工作。
    3. 然后我们将遍历手的每个地标。
    4. 最后,借助mp_drawing.draw_landmarks函数,我们将在图像上绘制地标。
    5. 是时候使用 matplotlib 绘制图像了,所以首先,我们将给出图形大小(此处为 width-10 和 height-10),然后在最后绘制,imshow将 BGR 格式转换为 RGB 格式后的图像使用函数,因为对于 RGB 格式更有意义。
    结论
    在整个管道中,我们首先初始化模型,然后读取图像,查看输入图像,然后进行预处理。我们缩小了地标点,但这些点与用户无关,因此我们将其恢复到原始状态,最后我们将在图像上绘制地标。