זיהוי אובייקטים ומעקב אחריהם באמצעות ML Kit ב-Android

קל לארגן דפים בעזרת אוספים אפשר לשמור ולסווג תוכן על סמך ההעדפות שלך.

באמצעות למידת מכונה, תוכלו לזהות אובייקטים במסגרות וידאו עוקבות ולעקוב אחריהן.

כשמעבירים תמונה לערכת ה-ML, המערכת מזהה עד חמישה אובייקטים בתמונה יחד עם המיקום של כל אובייקט בתמונה. כשמזהים אובייקטים בסטרימינג של וידאו, לכל אובייקט יש מזהה ייחודי שבו אפשר להשתמש כדי לעקוב אחרי האובייקט בין פריים. בנוסף, אפשר להפעיל סיווג של אובייקט גס, שמתייג אובייקטים בתיאורי קטגוריות רחבים.

לפני שמתחילים

  1. בקובץ build.gradle ברמת הפרויקט, חשוב לכלול את מאגר ה-Maven של Google גם בקטע buildscript וגם בקטע allprojects.
  2. מוסיפים את יחסי התלות של ספריות ה-Android של ה-ML Kit לקובץ ה-gradle ברמת האפליקציה, שהוא בדרך כלל app/build.gradle:
    dependencies {
      // ...
    
      implementation 'com.google.mlkit:object-detection:17.0.0'
    
    }
    

1. הגדרה של מזהה האובייקט

כדי לזהות אובייקטים ולעקוב אחריהם, קודם צריך ליצור מכונה של ObjectDetector ולציין אם רוצים לשנות את הגדרות המזהים שצוינו כברירת מחדל.

  1. מגדירים את מזהה האובייקט בתרחיש לדוגמה באמצעות אובייקט ObjectDetectorOptions. תוכלו לשנות את ההגדרות הבאות:

    הגדרות של מזהה אובייקטים
    מצב זיהוי STREAM_MODE (ברירת מחדל) | SINGLE_IMAGE_MODE

    ב-STREAM_MODE (ברירת המחדל), מזהה האובייקט פועל עם זמן אחזור קצר, אבל יכול להיות שיתקבלו תוצאות חלקיות (כמו תיבות תוחמות לא מוגדרות או תוויות של קטגוריה) בהפעלה הראשונה של המזהה. בנוסף, ב-STREAM_MODE, המזהה מקצה אובייקטים למעקב אחר אובייקטים, שאפשר להשתמש בהם כדי לעקוב אחר אובייקטים במסגרות. כדאי להשתמש במצב הזה כשרוצים לעקוב אחרי אובייקטים, או כשחשוב לזמן אחזור קצר, למשל במהלך עיבוד זרמי וידאו בזמן אמת.

    ב-SINGLE_IMAGE_MODE, מזהה האובייקט מחזיר את התוצאה אחרי קביעת התיבה של קיבוץ האובייקט. אם גם תפעיל את הסיווג, היא תחזיר את התוצאה אחרי שהתיבה תוחמת והתווית של הקטגוריה יהיו זמינות. כתוצאה מכך, זמן האחזור של זיהוי עשוי להיות ארוך יותר. בנוסף, ב-SINGLE_IMAGE_MODE, לא מוקצים מזהי מעקב. כדאי להשתמש במצב הזה אם זמן האחזור הוא קריטי ולא רוצים לטפל בתוצאות חלקיות.

    זיהוי ומעקב אחר אובייקטים מרובים false (ברירת מחדל) | true

    אם לזהות ולעקוב אחר עד חמישה אובייקטים או רק את האובייקט הבולט ביותר (ברירת מחדל).

    סיווג אובייקטים false (ברירת מחדל) | true

    האם לסווג אובייקטים מזוהים לקטגוריות גסות או לא. כשהאפשרות הזו מופעלת, מזהה האובייקט מחולק לקטגוריות הבאות: מוצרי אופנה, מזון, מוצרים לבית, מקומות וצמחים.

    ה-API לזיהוי ולמעקב אחר אובייקטים מותאם לשני התרחישים העיקריים הבאים:

    • זיהוי חי ומעקב של האובייקט הבולט ביותר בעינית המצלמה.
    • זיהוי של אובייקטים מרובים מתמונה סטטית.

    כדי להגדיר את ה-API לתרחישים הבאים:

    Kotlin

    // Live detection and tracking
    val options = ObjectDetectorOptions.Builder()
            .setDetectorMode(ObjectDetectorOptions.STREAM_MODE)
            .enableClassification()  // Optional
            .build()
    
    // Multiple object detection in static images
    val options = ObjectDetectorOptions.Builder()
            .setDetectorMode(ObjectDetectorOptions.SINGLE_IMAGE_MODE)
            .enableMultipleObjects()
            .enableClassification()  // Optional
            .build()

    Java

    // Live detection and tracking
    ObjectDetectorOptions options =
            new ObjectDetectorOptions.Builder()
                    .setDetectorMode(ObjectDetectorOptions.STREAM_MODE)
                    .enableClassification()  // Optional
                    .build();
    
    // Multiple object detection in static images
    ObjectDetectorOptions options =
            new ObjectDetectorOptions.Builder()
                    .setDetectorMode(ObjectDetectorOptions.SINGLE_IMAGE_MODE)
                    .enableMultipleObjects()
                    .enableClassification()  // Optional
                    .build();
  2. לקבלת מכונה של ObjectDetector:

    Kotlin

    val objectDetector = ObjectDetection.getClient(options)

    Java

    ObjectDetector objectDetector = ObjectDetection.getClient(options);

2. מכינים את תמונת הקלט

כדי לזהות אובייקטים ולעקוב אחריהם, העבירי תמונות לשיטה process() של המכונה ObjectDetector.

מזהה האובייקט פועל ישירות מ-Bitmap, NV21 ByteBuffer או מ-YUV_420_888 media.Image. מומלץ ליצור InputImage מהמקורות האלה אם יש לכם גישה ישירה לאחד מהם. אם תיצרו InputImage ממקורות אחרים, אנחנו נטפל עבורכם בהמרה באופן פנימי ויכול להיות שהיא תהיה פחות יעילה.

עבור כל תמונה בסרטון או תמונה ברצף, יש לבצע את הפעולות הבאות:

אפשר ליצור אובייקט InputImage ממקורות שונים, כמו שמוסבר בהמשך.

באמצעות media.Image

כדי ליצור אובייקט InputImage מאובייקט media.Image, למשל כשמצלמים תמונה ממצלמה של מכשיר, צריך להעביר את האובייקט media.Image ואת סיבוב התמונה ל-InputImage.fromMediaImage().

אם משתמשים בספריית CameraX, המחלקות OnImageCapturedListener ו-ImageAnalysis.Analyzer מחשבים את ערך הסבב עבורך.

Kotlin

private class YourImageAnalyzer : ImageAnalysis.Analyzer {

    override fun analyze(imageProxy: ImageProxy) {
        val mediaImage = imageProxy.image
        if (mediaImage != null) {
            val image = InputImage.fromMediaImage(mediaImage, imageProxy.imageInfo.rotationDegrees)
            // Pass image to an ML Kit Vision API
            // ...
        }
    }
}

Java

private class YourAnalyzer implements ImageAnalysis.Analyzer {

    @Override
    public void analyze(ImageProxy imageProxy) {
        Image mediaImage = imageProxy.getImage();
        if (mediaImage != null) {
          InputImage image =
                InputImage.fromMediaImage(mediaImage, imageProxy.getImageInfo().getRotationDegrees());
          // Pass image to an ML Kit Vision API
          // ...
        }
    }
}

אם לא משתמשים בספריית מצלמה שמציגה את מידת הסיבוב של התמונה, אפשר לחשב אותה ממידת הסיבוב של המכשיר ומהכיוון של חיישן המצלמה במכשיר:

Kotlin

private val ORIENTATIONS = SparseIntArray()

init {
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_0, 0)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_90, 90)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_180, 180)
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_270, 270)
}

/**
 * Get the angle by which an image must be rotated given the device's current
 * orientation.
 */
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
@Throws(CameraAccessException::class)
private fun getRotationCompensation(cameraId: String, activity: Activity, isFrontFacing: Boolean): Int {
    // Get the device's current rotation relative to its "native" orientation.
    // Then, from the ORIENTATIONS table, look up the angle the image must be
    // rotated to compensate for the device's rotation.
    val deviceRotation = activity.windowManager.defaultDisplay.rotation
    var rotationCompensation = ORIENTATIONS.get(deviceRotation)

    // Get the device's sensor orientation.
    val cameraManager = activity.getSystemService(CAMERA_SERVICE) as CameraManager
    val sensorOrientation = cameraManager
            .getCameraCharacteristics(cameraId)
            .get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION)!!

    if (isFrontFacing) {
        rotationCompensation = (sensorOrientation + rotationCompensation) % 360
    } else { // back-facing
        rotationCompensation = (sensorOrientation - rotationCompensation + 360) % 360
    }
    return rotationCompensation
}

Java

private static final SparseIntArray ORIENTATIONS = new SparseIntArray();
static {
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_0, 0);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_90, 90);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_180, 180);
    ORIENTATIONS.append(Surface.ROTATION_270, 270);
}

/**
 * Get the angle by which an image must be rotated given the device's current
 * orientation.
 */
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
private int getRotationCompensation(String cameraId, Activity activity, boolean isFrontFacing)
        throws CameraAccessException {
    // Get the device's current rotation relative to its "native" orientation.
    // Then, from the ORIENTATIONS table, look up the angle the image must be
    // rotated to compensate for the device's rotation.
    int deviceRotation = activity.getWindowManager().getDefaultDisplay().getRotation();
    int rotationCompensation = ORIENTATIONS.get(deviceRotation);

    // Get the device's sensor orientation.
    CameraManager cameraManager = (CameraManager) activity.getSystemService(CAMERA_SERVICE);
    int sensorOrientation = cameraManager
            .getCameraCharacteristics(cameraId)
            .get(CameraCharacteristics.SENSOR_ORIENTATION);

    if (isFrontFacing) {
        rotationCompensation = (sensorOrientation + rotationCompensation) % 360;
    } else { // back-facing
        rotationCompensation = (sensorOrientation - rotationCompensation + 360) % 360;
    }
    return rotationCompensation;
}

לאחר מכן, צריך להעביר את האובייקט media.Image ואת הערך של מידת הסיבוב ל-InputImage.fromMediaImage():

Kotlin

val image = InputImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation)

Java

InputImage image = InputImage.fromMediaImage(mediaImage, rotation);

שימוש ב-URI של קובץ

כדי ליצור אובייקט InputImage מ-URI של קובץ, צריך להעביר את ההקשר של האפליקציה ואת ה-URI של הקובץ אל InputImage.fromFilePath(). האפשרות הזו שימושית כשרוצים להשתמש בACTION_GET_CONTENT כוונה לבקש מהמשתמש לבחור תמונה מאפליקציית הגלריה.

Kotlin

val image: InputImage
try {
    image = InputImage.fromFilePath(context, uri)
} catch (e: IOException) {
    e.printStackTrace()
}

Java

InputImage image;
try {
    image = InputImage.fromFilePath(context, uri);
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}

באמצעות ByteBuffer או ByteArray

כדי ליצור אובייקט InputImage מ-ByteBuffer או מ-ByteArray, תחילה יש לחשב את מידת סיבוב התמונה כפי שתואר קודם. לאחר מכן, יוצרים את האובייקט InputImage עם המאגר או המערך, יחד עם הגובה, הרוחב, פורמט קידוד הצבעים ומידת הסיבוב של התמונה:

Kotlin

val image = InputImage.fromByteBuffer(
        byteBuffer,
        /* image width */ 480,
        /* image height */ 360,
        rotationDegrees,
        InputImage.IMAGE_FORMAT_NV21 // or IMAGE_FORMAT_YV12
)
// Or:
val image = InputImage.fromByteArray(
        byteArray,
        /* image width */ 480,
        /* image height */ 360,
        rotationDegrees,
        InputImage.IMAGE_FORMAT_NV21 // or IMAGE_FORMAT_YV12
)

Java

InputImage image = InputImage.fromByteBuffer(byteBuffer,
        /* image width */ 480,
        /* image height */ 360,
        rotationDegrees,
        InputImage.IMAGE_FORMAT_NV21 // or IMAGE_FORMAT_YV12
);
// Or:
InputImage image = InputImage.fromByteArray(
        byteArray,
        /* image width */480,
        /* image height */360,
        rotation,
        InputImage.IMAGE_FORMAT_NV21 // or IMAGE_FORMAT_YV12
);

באמצעות Bitmap

כדי ליצור אובייקט InputImage מאובייקט Bitmap, צריך להצהיר על ההצהרה הבאה:

Kotlin

val image = InputImage.fromBitmap(bitmap, 0)

Java

InputImage image = InputImage.fromBitmap(bitmap, rotationDegree);

התמונה מיוצגת על ידי אובייקט Bitmap ביחד עם מעלות סיבוב.

3. עיבוד התמונה

יש להעביר את התמונה לשיטה process():

Kotlin

objectDetector.process(image)
    .addOnSuccessListener { detectedObjects ->
        // Task completed successfully
        // ...
    }
    .addOnFailureListener { e ->
        // Task failed with an exception
        // ...
    }

Java

objectDetector.process(image)
    .addOnSuccessListener(
        new OnSuccessListener<List<DetectedObject>>() {
            @Override
            public void onSuccess(List<DetectedObject> detectedObjects) {
                // Task completed successfully
                // ...
            }
        })
    .addOnFailureListener(
        new OnFailureListener() {
            @Override
            public void onFailure(@NonNull Exception e) {
                // Task failed with an exception
                // ...
            }
        });

4. קבלת מידע על אובייקטים שזוהו

אם הקריאה ל-process() תסתיים בהצלחה, רשימה של DetectedObject שניות תועבר למאזין ההצלחה.

כל DetectedObject מכיל את המאפיינים הבאים:

שוליים Rect שמציין את מיקום האובייקט בתמונה.
מזהה לצורכי מעקב מספר שלם שמזהה את האובייקט בתמונות. אין ערך ב-SINGLE_IMAGE_MODE.
תוויות
תיאור תווית תיאור הטקסט של התווית. הוא יהיה אחד מהקבועים של מחרוזת, שהוגדרו ב-PredefinedCategory.
אינדקס תוויות האינדקס של התווית בין כל התוויות הנתמכות על ידי המסווג. הוא יהיה אחד מהקבועים השלמים שמוגדרים ב-PredefinedCategory.
מידת המהימנות של התווית ערך המהימנות של סיווג האובייקט.

Kotlin

for (detectedObject in detectedObjects) {
    val boundingBox = detectedObject.boundingBox
    val trackingId = detectedObject.trackingId
    for (label in detectedObject.labels) {
        val text = label.text
        if (PredefinedCategory.FOOD == text) {
            ...
        }
        val index = label.index
        if (PredefinedCategory.FOOD_INDEX == index) {
            ...
        }
        val confidence = label.confidence
    }
}

Java

// The list of detected objects contains one item if multiple
// object detection wasn't enabled.
for (DetectedObject detectedObject : detectedObjects) {
    Rect boundingBox = detectedObject.getBoundingBox();
    Integer trackingId = detectedObject.getTrackingId();
    for (Label label : detectedObject.getLabels()) {
        String text = label.getText();
        if (PredefinedCategory.FOOD.equals(text)) {
            ...
        }
        int index = label.getIndex();
        if (PredefinedCategory.FOOD_INDEX == index) {
            ...
        }
        float confidence = label.getConfidence();
    }
}

הבטחת חוויית משתמש מעולה

כדי ליהנות מחוויית המשתמש הטובה ביותר, מומלץ לפעול לפי ההנחיות הבאות באפליקציה:

  • זיהוי אובייקט מוצלח תלוי במורכבות החזותית של האובייקט. כדי שאובייקטים יזוהו, ייתכן שאובייקטים עם מספר קטן של תכונות ויזואליות יתפסו חלק גדול יותר מהתמונה. עליכם לספק למשתמשים הנחיות לצילום הקלט שמתאים היטב לסוג האובייקטים שרוצים לזהות.
  • במהלך השימוש בסיווג, אם אתם רוצים לזהות אובייקטים שלא שייכים בקלות לקטגוריות הנתמכות, כדאי להשתמש בטיפול מיוחד באובייקטים לא ידועים.

כדאי גם לבדוק את אפליקציית התצוגה של ML Design Material Design ואת האוסף Material Design דפוסי שימוש בלמידה חישובית לתכונות.

Improving performance

אם אתם רוצים להשתמש בזיהוי אובייקטים באפליקציה בזמן אמת, עליכם לפעול לפי ההנחיות הבאות כדי ליצור את מסגרות הפריימים הטובות ביותר:

  • אם אתם משתמשים במצב סטרימינג באפליקציה בזמן אמת, אל תשתמשו בכמה זיהויי אובייקטים, כי רוב המכשירים לא יוכלו ליצור קצבי פריימים מתאימים.

  • אם אין צורך, אפשר להשבית את הסיווג.

  • אם משתמשים ב-API Camera או ב-camera2 API, מסרבים את הקריאות למזהה. אם הפריים החדש יתחיל לפעול בזמן שהמזהה פועל, משחררים את הפריים. לדוגמה, אפשר לעיין בשיעור VisionProcessorBase באפליקציה לדוגמה למתחילים.
  • אם משתמשים ב-API CameraX, חשוב לוודא ששיטת הסף האחורי מוגדרת לערך ברירת המחדל ImageAnalysis.STRATEGY_KEEP_ONLY_LATEST. כך מובטחת רק תמונה אחת לניתוח בכל פעם. אם יונפקו תמונות נוספות כשהמנתח עסוק, הן יושמטו אוטומטית ולא יתווספו לתור. התמונה המנותחת נסגרת באמצעות קריאה ל-ImageProxy.close(), והתמונה הבאה תוצג.
  • אם משתמשים בפלט של המזהה כשכבת-על של גרפיקה בתמונת הקלט, קודם צריך לקבל את התוצאה מ-ML Kit, ואז לעבד את התמונה ואת שכבת-העל בפעולה אחת. הרינדור הזה חל על פני התצוגה פעם אחת בלבד עבור כל מסגרת קלט. כדי לראות דוגמה, אפשר לעיין בקורסים CameraSourcePreview ו- GraphicOverlay באפליקציה למתחילים.
  • אם משתמשים ב-Camera2 API, כדאי לצלם תמונות בפורמט ImageFormat.YUV_420_888. אם השתמשת ב-Camera API הישן, אפשר לצלם תמונות בפורמט ImageFormat.NV21.