Phát hiện, theo dõi và phân loại đối tượng bằng mô hình phân loại tuỳ chỉnh trên iOS

Bạn có thể dùng Bộ công cụ học máy để phát hiện và theo dõi các đối tượng trong các khung hình video liên tiếp.

Khi bạn truyền hình ảnh đến Bộ công cụ học máy, công cụ này sẽ phát hiện tối đa 5 đối tượng trong hình ảnh đó cùng với vị trí của mỗi đối tượng trong hình ảnh. Khi phát hiện đối tượng trong luồng video, mỗi đối tượng có một mã nhận dạng duy nhất mà bạn có thể dùng để theo dõi đối tượng giữa các khung hình.

Bạn có thể sử dụng mô hình phân loại hình ảnh tuỳ chỉnh để phân loại những đối tượng . Vui lòng tham khảo bài viết Mô hình tuỳ chỉnh sử dụng Bộ công cụ học máy để hướng dẫn về yêu cầu về khả năng tương thích với mô hình, nơi có thể tìm thấy các mô hình được huấn luyện trước, và cách huấn luyện mô hình của riêng bạn.

Có 2 cách để tích hợp mô hình tuỳ chỉnh. Bạn có thể nhóm mô hình theo đặt tập dữ liệu đó vào thư mục tài sản của ứng dụng hoặc bạn có thể tự động tải xuống từ Firebase. Bảng sau đây so sánh hai lựa chọn.

Mô hình theo gói Mô hình được lưu trữ
Mô hình này nằm trong tệp .ipa của ứng dụng, tệp này sẽ tăng kích thước của nó. Mô hình này không nằm trong tệp .ipa của ứng dụng. Đó là được lưu trữ bằng cách tải lên Công nghệ học máy của Firebase.
Mô hình này sẽ dùng được ngay lập tức, ngay cả khi thiết bị Android không có kết nối mạng Mô hình này được tải xuống theo yêu cầu
Không cần tạo dự án Firebase Cần có một dự án Firebase
Bạn phải xuất bản lại ứng dụng để cập nhật mô hình Cập nhật mô hình mà không cần xuất bản lại ứng dụng
Không có tính năng Thử nghiệm A/B tích hợp sẵn Thử nghiệm A/B dễ dàng bằng Cấu hình từ xa Firebase

Dùng thử

Trước khi bắt đầu

  1. Thêm các thư viện Bộ công cụ học máy vào Podfile của bạn:

    Để nhóm mô hình với ứng dụng của bạn:

    pod 'GoogleMLKit/ObjectDetectionCustom', '3.2.0'

    Để tự động tải một mô hình xuống từ Firebase, hãy thêm LinkFirebase phần phụ thuộc:

    pod 'GoogleMLKit/ObjectDetectionCustom', '3.2.0'
pod 'GoogleMLKit/LinkFirebase', '3.2.0'

  2. Sau khi bạn cài đặt hoặc cập nhật Nhóm của dự án, hãy mở dự án Xcode của bạn bằng cách sử dụng .xcworkspace. Bộ công cụ học máy được hỗ trợ trong phiên bản Xcode 13.2.1 trở lên.

  3. Nếu bạn muốn tải một mô hình xuống, hãy đảm bảo bạn thêm Firebase vào dự án iOS của bạn, nếu bạn chưa làm như vậy. Điều này không bắt buộc khi bạn nhóm mô hình.

1. Tải mô hình

Định cấu hình nguồn mô hình cục bộ

Cách đóng gói mô hình với ứng dụng:

  1. Sao chép tệp mô hình (thường kết thúc bằng .tflite hoặc .lite) vào Xcode của bạn dự án, hãy chú ý chọn Copy bundle resources khi bạn làm như vậy. Chiến lược phát hành đĩa đơn tệp mô hình sẽ được đưa vào gói ứng dụng và được cung cấp trong Bộ công cụ học máy.

  2. Tạo đối tượng LocalModel, chỉ định đường dẫn đến tệp mô hình:

    Swift

    let localModel = LocalModel(path: localModelFilePath)

    Objective-C

    MLKLocalModel *localModel =
    [[MLKLocalModel alloc] initWithPath:localModelFilePath];

Định cấu hình nguồn mô hình được lưu trữ trên Firebase

Để sử dụng mô hình được lưu trữ từ xa, hãy tạo một đối tượng CustomRemoteModel, chỉ định tên mà bạn đã chỉ định cho mô hình khi xuất bản:

Swift

let firebaseModelSource = FirebaseModelSource(
    name: "your_remote_model") // The name you assigned in
                               // the Firebase console.
let remoteModel = CustomRemoteModel(remoteModelSource: firebaseModelSource)

Objective-C

MLKFirebaseModelSource *firebaseModelSource =
    [[MLKFirebaseModelSource alloc]
        initWithName:@"your_remote_model"]; // The name you assigned in
                                            // the Firebase console.
MLKCustomRemoteModel *remoteModel =
    [[MLKCustomRemoteModel alloc]
        initWithRemoteModelSource:firebaseModelSource];

Sau đó, bắt đầu tác vụ tải mô hình xuống, chỉ định các điều kiện mà theo đó mà bạn muốn cho phép tải xuống. Nếu kiểu máy này không có trên thiết bị hoặc nếu là kiểu máy mới hơn phiên bản của mô hình sẵn có, tác vụ sẽ tải xuống không đồng bộ mô hình từ Firebase:

Swift

let downloadConditions = ModelDownloadConditions(
  allowsCellularAccess: true,
  allowsBackgroundDownloading: true
)

let downloadProgress = ModelManager.modelManager().download(
  remoteModel,
  conditions: downloadConditions
)

Objective-C

MLKModelDownloadConditions *downloadConditions =
    [[MLKModelDownloadConditions alloc] initWithAllowsCellularAccess:YES
                                         allowsBackgroundDownloading:YES];

NSProgress *downloadProgress =
    [[MLKModelManager modelManager] downloadModel:remoteModel
                                       conditions:downloadConditions];

Nhiều ứng dụng bắt đầu tác vụ tải xuống trong mã khởi chạy, nhưng bạn có thể làm như vậy bất cứ lúc nào trước khi cần sử dụng mô hình.

2. Định cấu hình trình phát hiện đối tượng

Sau khi bạn định cấu hình các nguồn mô hình, hãy định cấu hình trình phát hiện đối tượng cho trường hợp sử dụng với đối tượng CustomObjectDetectorOptions. Bạn có thể thay đổi các chế độ cài đặt sau:

Cài đặt trình phát hiện đối tượng
Chế độ phát hiện STREAM_MODE (mặc định) | SINGLE_IMAGE_MODE

Trong STREAM_MODE (mặc định), trình phát hiện đối tượng sẽ chạy với độ trễ thấp, nhưng có thể tạo ra kết quả không hoàn chỉnh (chẳng hạn như hộp giới hạn không xác định hoặc nhãn danh mục) ở vài trang đầu các lệnh gọi của trình phát hiện. Ngoài ra, trong STREAM_MODE, trình phát hiện gán mã theo dõi cho các đối tượng mà bạn có thể sử dụng để theo dõi đối tượng trên các khung. Sử dụng chế độ này khi bạn muốn theo dõi đối tượng hoặc khi độ trễ thấp là quan trọng, chẳng hạn như khi xử lý theo thời gian thực.

Trong SINGLE_IMAGE_MODE, trình phát hiện đối tượng sẽ trả về kết quả sau khi xác định hộp giới hạn của đối tượng. Nếu bạn bật phân loại, nó cũng trả về kết quả sau giới hạn và nhãn danh mục đều có sẵn. Do vậy, độ trễ phát hiện của bạn có thể cao hơn. Ngoài ra, trong SINGLE_IMAGE_MODE, mã theo dõi chưa được chỉ định. Sử dụng chế độ này nếu độ trễ không quan trọng và bạn không muốn xử lý một phần kết quả.
Phát hiện và theo dõi nhiều đối tượng false (mặc định) | true

Phát hiện và theo dõi tối đa 5 đối tượng hay chỉ phát hiện tối đa đối tượng đối tượng nổi bật (mặc định).
Phân loại đối tượng false (mặc định) | true

Liệu có phân loại các đối tượng được phát hiện bằng cách sử dụng mô hình thuật toán phân loại tuỳ chỉnh. Cách sử dụng phân loại tuỳ chỉnh mô hình, bạn cần đặt giá trị này thành true.

Ngưỡng tin cậy của hoạt động phân loại

Điểm tin cậy tối thiểu của các nhãn được phát hiện. Nếu bạn không đặt chính sách này, ngưỡng phân loại do siêu dữ liệu của mô hình chỉ định sẽ được dùng. Nếu mô hình không chứa bất kỳ siêu dữ liệu nào hoặc siêu dữ liệu không có Google sẽ chỉ định một ngưỡng phân loại, thì ngưỡng mặc định là 0.0 sẽ được đã sử dụng.
Số nhãn tối đa cho mỗi đối tượng

Số nhãn tối đa trên mỗi đối tượng mà trình phát hiện sẽ lợi nhuận. Nếu bạn không đặt chính sách này, giá trị mặc định là 10 sẽ được sử dụng.

Nếu chỉ có mô hình được gói cục bộ, bạn chỉ cần tạo trình phát hiện đối tượng từ đối tượng LocalModel của bạn:

Swift

let options = CustomObjectDetectorOptions(localModel: localModel)
options.detectorMode = .singleImage
options.shouldEnableClassification = true
options.shouldEnableMultipleObjects = true
options.classificationConfidenceThreshold = NSNumber(value: 0.5)
options.maxPerObjectLabelCount = 3

Objective-C

MLKCustomObjectDetectorOptions *options =
    [[MLKCustomObjectDetectorOptions alloc] initWithLocalModel:localModel];
options.detectorMode = MLKObjectDetectorModeSingleImage;
options.shouldEnableClassification = YES;
options.shouldEnableMultipleObjects = YES;
options.classificationConfidenceThreshold = @(0.5);
options.maxPerObjectLabelCount = 3;

Nếu có mô hình được lưu trữ từ xa, bạn sẽ phải kiểm tra xem mô hình đó đã được tải xuống trước khi chạy nó. Bạn có thể kiểm tra trạng thái tải mô hình xuống bằng cách sử dụng phương thức isModelDownloaded(remoteModel:) của trình quản lý mô hình.

Mặc dù bạn chỉ phải xác nhận điều này trước khi chạy trình phát hiện đối tượng, nhưng nếu bạn có cả mô hình được lưu trữ từ xa và mô hình được gói cục bộ, công cụ này có thể giúp ý nghĩa để thực hiện bước kiểm tra này khi tạo thực thể cho ObjectDetector: tạo một trình phát hiện từ mô hình từ xa nếu đã tải xuống và từ mô hình cục bộ nếu không.

Swift

var options: CustomObjectDetectorOptions!
if (ModelManager.modelManager().isModelDownloaded(remoteModel)) {
  options = CustomObjectDetectorOptions(remoteModel: remoteModel)
} else {
  options = CustomObjectDetectorOptions(localModel: localModel)
}
options.detectorMode = .singleImage
options.shouldEnableClassification = true
options.shouldEnableMultipleObjects = true
options.classificationConfidenceThreshold = NSNumber(value: 0.5)
options.maxPerObjectLabelCount = 3

Objective-C

MLKCustomObjectDetectorOptions *options;
if ([[MLKModelManager modelManager] isModelDownloaded:remoteModel]) {
  options = [[MLKCustomObjectDetectorOptions alloc] initWithRemoteModel:remoteModel];
} else {
  options = [[MLKCustomObjectDetectorOptions alloc] initWithLocalModel:localModel];
}
options.detectorMode = MLKObjectDetectorModeSingleImage;
options.shouldEnableClassification = YES;
options.shouldEnableMultipleObjects = YES;
options.classificationConfidenceThreshold = @(0.5);
options.maxPerObjectLabelCount = 3;

Nếu chỉ có một mô hình được lưu trữ từ xa, bạn nên tắt tính năng liên quan đến mô hình đó chức năng (ví dụ: chuyển sang màu xám hoặc ẩn một phần giao diện người dùng) cho đến khi bạn xác nhận mô hình đã được tải xuống.

Bạn có thể biết trạng thái tải xuống mô hình bằng cách đính kèm đối tượng tiếp nhận dữ liệu vào giá trị mặc định Trung tâm thông báo. Hãy nhớ sử dụng tệp tham chiếu yếu đến self trong trình quan sát vì quá trình tải xuống có thể mất chút thời gian và đối tượng gốc có thể được giải phóng vào thời điểm hoàn tất tải xuống. Ví dụ:

Swift

NotificationCenter.default.addObserver(
    forName: .mlkitModelDownloadDidSucceed,
    object: nil,
    queue: nil
) { [weak self] notification in
    guard let strongSelf = self,
        let userInfo = notification.userInfo,
        let model = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.remoteModel.rawValue]
            as? RemoteModel,
        model.name == "your_remote_model"
        else { return }
    // The model was downloaded and is available on the device
}

NotificationCenter.default.addObserver(
    forName: .mlkitModelDownloadDidFail,
    object: nil,
    queue: nil
) { [weak self] notification in
    guard let strongSelf = self,
        let userInfo = notification.userInfo,
        let model = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.remoteModel.rawValue]
            as? RemoteModel
        else { return }
    let error = userInfo[ModelDownloadUserInfoKey.error.rawValue]
    // ...
}

Objective-C

__weak typeof(self) weakSelf = self;

[NSNotificationCenter.defaultCenter
    addObserverForName:MLKModelDownloadDidSucceedNotification
                object:nil
                 queue:nil
            usingBlock:^(NSNotification *_Nonnull note) {
              if (weakSelf == nil | note.userInfo == nil) {
                return;
              }
              __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;

              MLKRemoteModel *model = note.userInfo[MLKModelDownloadUserInfoKeyRemoteModel];
              if ([model.name isEqualToString:@"your_remote_model"]) {
                // The model was downloaded and is available on the device
              }
            }];

[NSNotificationCenter.defaultCenter
    addObserverForName:MLKModelDownloadDidFailNotification
                object:nil
                 queue:nil
            usingBlock:^(NSNotification *_Nonnull note) {
              if (weakSelf == nil | note.userInfo == nil) {
                return;
              }
              __strong typeof(self) strongSelf = weakSelf;

              NSError *error = note.userInfo[MLKModelDownloadUserInfoKeyError];
            }];

API theo dõi và phát hiện đối tượng được tối ưu hoá cho hai mục đích sử dụng cốt lõi này trường hợp:

  • Phát hiện trực tiếp và theo dõi đối tượng nổi bật nhất trong máy ảnh kính ngắm.
  • Phát hiện nhiều đối tượng trong một hình ảnh tĩnh.

Cách định cấu hình API cho các trường hợp sử dụng này:

Swift

// Live detection and tracking
let options = CustomObjectDetectorOptions(localModel: localModel)
options.shouldEnableClassification = true
options.maxPerObjectLabelCount = 3

// Multiple object detection in static images
let options = CustomObjectDetectorOptions(localModel: localModel)
options.detectorMode = .singleImage
options.shouldEnableMultipleObjects = true
options.shouldEnableClassification = true
options.maxPerObjectLabelCount = 3

Objective-C

// Live detection and tracking
MLKCustomObjectDetectorOptions *options =
    [[MLKCustomObjectDetectorOptions alloc] initWithLocalModel:localModel];
options.shouldEnableClassification = YES;
options.maxPerObjectLabelCount = 3;

// Multiple object detection in static images
MLKCustomObjectDetectorOptions *options =
    [[MLKCustomObjectDetectorOptions alloc] initWithLocalModel:localModel];
options.detectorMode = MLKObjectDetectorModeSingleImage;
options.shouldEnableMultipleObjects = YES;
options.shouldEnableClassification = YES;
options.maxPerObjectLabelCount = 3;

3. Chuẩn bị hình ảnh đầu vào

Tạo đối tượng VisionImage bằng UIImage hoặc CMSampleBuffer.

Nếu bạn sử dụng UIImage, hãy làm theo các bước sau:

  • Tạo đối tượng VisionImage bằng UIImage. Hãy nhớ chỉ định đúng .orientation.

    Swift

    let image = VisionImage(image: UIImage)
visionImage.orientation = image.imageOrientation

    Objective-C

    MLKVisionImage *visionImage = [[MLKVisionImage alloc] initWithImage:image];
visionImage.orientation = image.imageOrientation;

Nếu bạn sử dụng CMSampleBuffer, hãy làm theo các bước sau:

  • Chỉ định hướng của dữ liệu hình ảnh có trong CMSampleBuffer.

    Cách lấy hướng ảnh:

    Swift

    func imageOrientation(
  deviceOrientation: UIDeviceOrientation,
  cameraPosition: AVCaptureDevice.Position
) -> UIImage.Orientation {
  switch deviceOrientation {
  case .portrait:
    return cameraPosition == .front ? .leftMirrored : .right
  case .landscapeLeft:
    return cameraPosition == .front ? .downMirrored : .up
  case .portraitUpsideDown:
    return cameraPosition == .front ? .rightMirrored : .left
  case .landscapeRight:
    return cameraPosition == .front ? .upMirrored : .down
  case .faceDown, .faceUp, .unknown:
    return .up
  }
}

    Objective-C

    - (UIImageOrientation)
  imageOrientationFromDeviceOrientation:(UIDeviceOrientation)deviceOrientation
                         cameraPosition:(AVCaptureDevicePosition)cameraPosition {
  switch (deviceOrientation) {
    case UIDeviceOrientationPortrait:
      return cameraPosition == AVCaptureDevicePositionFront ? UIImageOrientationLeftMirrored
                                                            : UIImageOrientationRight;

    case UIDeviceOrientationLandscapeLeft:
      return cameraPosition == AVCaptureDevicePositionFront ? UIImageOrientationDownMirrored
                                                            : UIImageOrientationUp;
    case UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown:
      return cameraPosition == AVCaptureDevicePositionFront ? UIImageOrientationRightMirrored
                                                            : UIImageOrientationLeft;
    case UIDeviceOrientationLandscapeRight:
      return cameraPosition == AVCaptureDevicePositionFront ? UIImageOrientationUpMirrored
                                                            : UIImageOrientationDown;
    case UIDeviceOrientationUnknown:
    case UIDeviceOrientationFaceUp:
    case UIDeviceOrientationFaceDown:
      return UIImageOrientationUp;
  }
}
  • Tạo đối tượng VisionImage bằng cách sử dụng Đối tượng và hướng CMSampleBuffer:

    Swift

    let image = VisionImage(buffer: sampleBuffer)
image.orientation = imageOrientation(
  deviceOrientation: UIDevice.current.orientation,
  cameraPosition: cameraPosition)

    Objective-C

     MLKVisionImage *image = [[MLKVisionImage alloc] initWithBuffer:sampleBuffer];
 image.orientation =
   [self imageOrientationFromDeviceOrientation:UIDevice.currentDevice.orientation
                                cameraPosition:cameraPosition];

4. Tạo và chạy trình phát hiện đối tượng

  1. Tạo trình phát hiện đối tượng mới:

    Swift

    let objectDetector = ObjectDetector.objectDetector(options: options)

    Objective-C

    MLKObjectDetector *objectDetector = [MLKObjectDetector objectDetectorWithOptions:options];

  2. Sau đó, hãy sử dụng trình phát hiện:

    Không đồng bộ:

    Swift

    objectDetector.process(image) { objects, error in
    guard error == nil, let objects = objects, !objects.isEmpty else {
        // Handle the error.
        return
    }
    // Show results.
}

    Objective-C

    [objectDetector
    processImage:image
      completion:^(NSArray *_Nullable objects,
                   NSError *_Nullable error) {
        if (objects.count == 0) {
            // Handle the error.
            return;
        }
        // Show results.
     }];

    Đồng bộ:

    Swift

    var objects: [Object]
do {
    objects = try objectDetector.results(in: image)
} catch let error {
    // Handle the error.
    return
}
// Show results.

    Objective-C

    NSError *error;
NSArray *objects =
    [objectDetector resultsInImage:image error:&error];
// Show results or handle the error.

5. Nhận thông tin về đối tượng được gắn nhãn

Nếu lệnh gọi đến bộ xử lý hình ảnh thành công, lệnh gọi đó sẽ chuyển danh sách Object cho trình xử lý hoàn thành hoặc trả về danh sách, tuỳ thuộc vào cho dù bạn đã gọi phương thức không đồng bộ hay đồng bộ.

Mỗi Object chứa các thuộc tính sau:

frame CGRect cho biết vị trí của đối tượng trong hình ảnh.
trackingID Một số nguyên xác định đối tượng trên các hình ảnh hoặc `nil` trong SINGLE_IMAGE_MODE.
labels
label.text Mô tả văn bản của nhãn. Chỉ được trả về nếu TensorFlow Siêu dữ liệu của mô hình thu gọn chứa nội dung mô tả về nhãn.
label.index Chỉ mục của nhãn trong số tất cả các nhãn được hỗ trợ thuật toán phân loại.
label.confidence Giá trị tin cậy của việc phân loại đối tượng.

Swift

// objects contains one item if multiple object detection wasn't enabled.
for object in objects {
  let frame = object.frame
  let trackingID = object.trackingID
  let description = object.labels.enumerated().map { (index, label) in
    "Label \(index): \(label.text), \(label.confidence), \(label.index)"
  }.joined(separator: "\n")
}

Objective-C

// The list of detected objects contains one item if multiple object detection
// wasn't enabled.
for (MLKObject *object in objects) {
  CGRect frame = object.frame;
  NSNumber *trackingID = object.trackingID;
  for (MLKObjectLabel *label in object.labels) {
    NSString *labelString =
        [NSString stringWithFormat:@"%@, %f, %lu",
                                   label.text,
                                   label.confidence,
                                   (unsigned long)label.index];
  }
}

Đảm bảo trải nghiệm người dùng tuyệt vời

Để có trải nghiệm người dùng tốt nhất, hãy làm theo các nguyên tắc sau trong ứng dụng của bạn:

  • Việc phát hiện được đối tượng có thành công hay không còn phụ thuộc vào độ phức tạp trực quan của đối tượng. Trong Để được phát hiện, các đối tượng có một số ít đặc điểm trực quan có thể cần được chiếm phần lớn hình ảnh. Bạn nên cung cấp cho người dùng hướng dẫn về thu thập dữ liệu đầu vào phù hợp với loại đối tượng bạn muốn phát hiện.
  • Khi sử dụng tính năng phân loại, nếu bạn muốn phát hiện các đối tượng không nằm trong rõ ràng vào các danh mục được hỗ trợ, triển khai cách xử lý đặc biệt đối với các trường hợp .

Ngoài ra, hãy xem [Ứng dụng giới thiệu Material Design của bộ công cụ học máy][đường liên kết giới thiệu]{: .external } và Thiết kế Material Design Bộ sưu tập Mẫu cho các tính năng dựa trên công nghệ học máy.

Cải thiện hiệu suất

Nếu bạn muốn sử dụng tính năng phát hiện đối tượng trong ứng dụng theo thời gian thực, hãy làm theo các bước sau để đạt được tốc độ khung hình tốt nhất:

  • Khi bạn sử dụng chế độ truyền trực tuyến trong một ứng dụng thời gian thực, đừng sử dụng nhiều phát hiện vật thể, vì hầu hết các thiết bị sẽ không tạo ra được tốc độ khung hình thích hợp.

  • Để xử lý khung hình video, hãy sử dụng API đồng bộ results(in:) của trình phát hiện. Gọi điện phương thức này từ Điều khoản dịch vụ và Chính sách quyền riêng tư của AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate captureOutput(_, didOutput:from:) để nhận kết quả một cách đồng bộ từ video đã cho khung. Giữ của AVCaptureVideoDataOutput alwaysDiscardsLateVideoFrames dưới dạng true để điều tiết lệnh gọi đến trình phát hiện. Nếu một khách hàng mới khung hình video sẽ bị loại bỏ trong khi trình phát hiện đang chạy.
  • Nếu bạn sử dụng đầu ra của trình phát hiện để phủ đồ hoạ lên hình ảnh đầu vào, trước tiên hãy lấy kết quả từ Bộ công cụ học máy, sau đó kết xuất hình ảnh và phủ lên trên trong một bước duy nhất. Khi làm vậy, bạn sẽ kết xuất lên giao diện màn hình một lần cho mỗi khung đầu vào đã xử lý. Hãy xem lớp updatePreviewOverlayViewWithLastFrame trong mẫu bắt đầu nhanh của Bộ công cụ học máy.