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口罩检测识别率惊人,这个Python项目开源了

日期:2020-03-08点击:445

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昨天在 GitHub 上看到一个有趣的开源项目,它能检测我们是否有戴口罩,跑起程序测试后,发现识别率挺高的,也适应不同环境,于是分享给大家。
首先感谢 AIZOOTech 的开源项目 —— FaceMaskDetection😀

测试环境

我们采用:

  • Windows 系统;
  • 软件:PyCharm;
  • 使用模型:TensorFlow。

先看一下效果:

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检测出帅气的胡歌没有带口罩。红色框框是圈出人脸部分,上方的字体:NoMask ,准确率 1 (即有 100% 把握认为没带口罩)。

如果在多人的情况下,能检测出来吗?如下图所示。

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不错不错,这个模型能同时检测多人的,并且准确高。

有人带口罩,有人没带口罩,能检测出来吗?

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哇,这个模型很棒。检测出带口罩大叔,和两个没带口罩的小伙子。

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接下来,我们具体分析一下这个项目:

  • 支持 5 大主流深度学习框架(PyTorch、TensorFlow、MXNet、Keras 和 Caffe),已经写好接口了;可以根据自身的环境选择合适的框架,比如:TensorFlow;所有模型都在 models 文件夹下。
  • 公开了近 8000 张的人脸口罩数据和模型,数据集来自于 WIDER Face 和 MAFA 数据集, 重新修改了标注并进行了校验(主要是 MAFA 和 WIDER Face 的人脸位置定义不一样,所以进行了修改标注)并将其开源出来。

模型结构

在本项目中使用了 SSD 类型的架构,为了让模型可以实时的跑在浏览器以及终端设备上,将模型设计的非常小,只有 101.5 万个参数。模型结构在本文附录部分。

本模型输入大小为 260x260,主干网络只有 8 个卷积层,加上定位和分类层,一共只有 24 层(每层的通道数目基本都是 3264128),所以模型特别小,只有 101.5 万参数。模型对于普通人脸基本都能检测出来,但是对于小人脸,检测效果肯定不如大模型。

网页使用了 Tensorflow.js 库,所以模型是完全运行在浏览器里面的。运行速度的快慢,取决于电脑配置的高低。

模型在五个卷积层上接出来了定位分类层,其大小和 anchor 设置信息如下表。

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工程包目录结构分析

下载完 FaceMaskDetection 压缩包后,解压后如下图:

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如何运行程序?

以 TensorFlow 模型为例子,代码中 TensorFlow 版本应该是 1.x;

如果是 TensorFlow 版本是 2.x 的朋友,对应函数修改为 tf.compat.v1.xxxx,使函数与 1.x 版本兼容。

如果想运行图片:

python tenforflow_infer.py --img-path /path/to/your/img 

比如,img 目录中作者放了一些图片的,选择 demo2.jpg。

python tenforflow_infer.py --img-path img/demo2.jpg 

运行结果:

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如果想运行运行视频:

python tenforflow_infer.py --img-mode 0 --video-path /path/to/video 

/path/to/video 为视频所在的路径+视频名。

如果想实时使用摄像头检测:

python tenforflow_infer.py --img-mode 0 --video-path 0

这里的 0 ,代表在电脑中设备号;0 默认为电脑自带的摄像头。

如果想使用外接摄像头,可以改为 1 (比如外接上一个 USB 摄像头)。

这里看一下 tenforflow_infer.py 代码:

# -*- coding:utf-8 -*- import cv2 import time import argparse import numpy as np from PIL import Image from keras.models import model_from_json from utils.anchor_generator import generate_anchors from utils.anchor_decode import decode_bbox from utils.nms import single_class_non_max_suppression from load_model.tensorflow_loader import load_tf_model, tf_inference #sess, graph = load_tf_model('FaceMaskDetection-master\models\face_mask_detection.pb') sess, graph = load_tf_model('models\face_mask_detection.pb') # anchor configuration feature_map_sizes = [[33, 33], [17, 17], [9, 9], [5, 5], [3, 3]] anchor_sizes = [[0.04, 0.056], [0.08, 0.11], [0.16, 0.22], [0.32, 0.45], [0.64, 0.72]] anchor_ratios = [[1, 0.62, 0.42]] * 5 # generate anchors anchors = generate_anchors(feature_map_sizes, anchor_sizes, anchor_ratios) #用于推断,批大小为1,模型输出形状为[1,N,4],因此将锚点的dim扩展为[1,anchor_num,4] anchors_exp = np.expand_dims(anchors, axis=0) id2class = {0: 'Mask', 1: 'NoMask'} def inference(image, conf_thresh=0.5, iou_thresh=0.4, target_shape=(160, 160), draw_result=True, show_result=True): ''' 检测推理的主要功能 # :param image:3D numpy图片数组 # :param conf_thresh:分类概率的最小阈值。 # :param iou_thresh:网管的IOU门限 # :param target_shape:模型输入大小。 # :param draw_result:是否将边框拖入图像。 # :param show_result:是否显示图像。 ''' # image = np.copy(image) output_info = [] height, width, _ = image.shape image_resized = cv2.resize(image, target_shape) image_np = image_resized / 255.0 # 归一化到0~1 image_exp = np.expand_dims(image_np, axis=0) y_bboxes_output, y_cls_output = tf_inference(sess, graph, image_exp) # remove the batch dimension, for batch is always 1 for inference. y_bboxes = decode_bbox(anchors_exp, y_bboxes_output)[0] y_cls = y_cls_output[0] # 为了加快速度,请执行单类NMS,而不是多类NMS。 bbox_max_scores = np.max(y_cls, axis=1) bbox_max_score_classes = np.argmax(y_cls, axis=1) # keep_idx是nms之后的活动边界框。 keep_idxs = single_class_non_max_suppression(y_bboxes, bbox_max_scores, conf_thresh=conf_thresh,iou_thresh=iou_thresh) for idx in keep_idxs: conf = float(bbox_max_scores[idx]) class_id = bbox_max_score_classes[idx] bbox = y_bboxes[idx] # 裁剪坐标,避免该值超出图像边界。 xmin = max(0, int(bbox[0] * width)) ymin = max(0, int(bbox[1] * height)) xmax = min(int(bbox[2] * width), width) ymax = min(int(bbox[3] * height), height) if draw_result: if class_id == 0: color = (0, 255, 0) else: color = (255, 0, 0) cv2.rectangle(image, (xmin, ymin), (xmax, ymax), color, 2) cv2.putText(image, "%s: %.2f" % (id2class[class_id], conf), (xmin + 2, ymin - 2), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, color) output_info.append([class_id, conf, xmin, ymin, xmax, ymax]) if show_result: Image.fromarray(image).show() return output_info def run_on_video(video_path, output_video_name, conf_thresh): cap = cv2.VideoCapture(video_path) height = cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT) width = cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH) fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS) fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID') #writer = cv2.VideoWriter(output_video_name, fourcc, int(fps), (int(width), int(height))) total_frames = cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT) if not cap.isOpened(): raise ValueError("Video open failed.") return status = True idx = 0 while status: start_stamp = time.time() status, img_raw = cap.read() img_raw = cv2.cvtColor(img_raw, cv2.COLOR_BGR2RGB) read_frame_stamp = time.time() if (status): inference(img_raw, conf_thresh, iou_thresh=0.5, target_shape=(260, 260), draw_result=True, show_result=False) cv2.imshow('image', img_raw[:, :, ::-1]) cv2.waitKey(1) inference_stamp = time.time() # writer.write(img_raw) write_frame_stamp = time.time() idx += 1 print("%d of %d" % (idx, total_frames)) print("read_frame:%f, infer time:%f, write time:%f" % (read_frame_stamp - start_stamp, inference_stamp - read_frame_stamp, write_frame_stamp - inference_stamp)) # writer.release() if __name__ == "__main__": parser = argparse.ArgumentParser(description="Face Mask Detection") parser.add_argument('--img-mode', type=int, default=0, help='set 1 to run on image, 0 to run on video.') #这里设置为1:检测图片;还是设置为0:视频文件(实时图像数据)检测 parser.add_argument('--img-path', type=str, help='path to your image.') parser.add_argument('--video-path', type=str, default='0', help='path to your video, `0` means to use camera.') # parser.add_argument('--hdf5', type=str, help='keras hdf5 file') args = parser.parse_args() if args.img_mode: imgPath = args.img_path #img = cv2.imread("imgPath") img = cv2.imread(imgPath) img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB) inference(img, show_result=True, target_shape=(260, 260)) else: video_path = args.video_path if args.video_path == '0': video_path = 0 run_on_video(video_path, '', conf_thresh=0.5) 

测试集 PR 曲线

因为 WIDER face 是一个任务比较复杂的数据集,模型又设计的非常小,所以对于人脸的 PR 曲线并不是那么性感。这点可以通过设计大模型来提升对于小人脸的检测效果。

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原文发布时间:2020-03-08
本文作者:一颗小树x
本文来自:“AI科技大本营公众号”,了解相关信息可以关注“AI科技大本营

原文链接:https://yq.aliyun.com/articles/748662
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