Заключительная часть цикла вводных заметок в машинное зрение посвящена использованию предобученных сетей в задаче детектирования. В частности использование сетей, обученных на датасете Coco на базе фреймворка TensorFlow Object Detection API.

В отличие от предыдущих статей, которые могли быть выполнены в стандартном окружении Python, эту часть рекомендуется выполнять в Jupyter Notebook, запущеном в контейнере (либо пользоваться облачными сервисами, например colab.research.google.com в силу того, что в процессе будут устанавливаться компоненты.

Установка TensorFlow Object Detection API

Первым делом необходимо установить необходимые компоненты TensorFlow Object Detection API. Для его установки необходимо клонировать репозиторий, скомпилировать модели и запустить тесты.

pip install -U --pre tensorflow=="2.*"
pip install tf_slim
pip install pycocotools

Получите tenorflow/models или cd в родительский каталог репозитория.

import os
import pathlib


if "models" in pathlib.Path.cwd().parts:
  while "models" in pathlib.Path.cwd().parts:
    os.chdir('..')
elif not pathlib.Path('models').exists():
  !git clone --depth 1 https://github.com/tensorflow/models

Скомпилируйте protobufs и установите пакет object_detection

%%bash
cd models/research/
protoc object_detection/protos/*.proto --python_out=.

%%bash
cd models/research/
protoc object_detection/protos/*.proto --python_out=.

Импортируем зависимости и добавим в системные пути расположение TensorFlow Object Detection API

import sys, os

sys.path.append('models/research')
sys.path.append('models/research/object_detection')

import numpy as np
import six.moves.urllib as urllib
import tarfile
import zipfile
import cv2
from PIL import Image
from matplotlib import pyplot as plt
import tensorflow as tf
from object_detection.utils import ops as utils_ops
from utils import label_map_util
from utils import visualization_utils as vis_util

Загрузка предобученной модели

Зададим URL, где хранятся предобученные модели и имя планируемой к использованию модели.

model_path = 'http://download.tensorflow.org/models/object_detection/'
model_name = 'mask_rcnn_inception_v2_coco_2018_01_28'

Создадим переменные среды для работы с путями из shell

os.environ['MODEL_PATH']=model_path + model_name + '.tar.gz'
os.environ['MODEL_FILE_NAME']=model_name + '.tar.gz'

Удалим загруженную ранее модель, если она есть, загрузим модель и распакуем ее.

rm $MODEL_FILE_NAME
wget $MODEL_PATH
tar xfz $MODEL_FILE_NAME

Подготовка модели к запуску

Загрузка модели в память:

model_file_name =  model_name + '/frozen_inference_graph.pb'
detection_graph = tf.Graph()
with detection_graph.as_default():
  od_graph_def = tf.compat.v1.GraphDef()
  with tf.compat.v2.io.gfile.GFile(model_file_name, 'rb') as fid:
    serialized_graph = fid.read()
    od_graph_def.ParseFromString(serialized_graph)
    tf.import_graph_def(od_graph_def, name='')

Загрузка меток классов

label_map = label_map_util.load_labelmap('models/research/object_detection/data/mscoco_label_map.pbtxt')
categories = label_map_util.convert_label_map_to_categories(label_map, max_num_classes=90, use_display_name=True)
category_index = label_map_util.create_category_index(categories)

Воспользуемся следующей функцией для обработки единичного изображения

def run_inference_for_single_image(image, graph):
  with graph.as_default():
    with tf.compat.v1.Session() as sess:
      ops = tf.compat.v1.get_default_graph().get_operations()
      all_tensor_names = {output.name for op in ops for output in op.outputs}
      tensor_dict = {}
      for key in [
          'num_detections', 'detection_boxes', 'detection_scores',
          'detection_classes', 'detection_masks'
      ]:
        tensor_name = key + ':0'
        if tensor_name in all_tensor_names:
          tensor_dict[key] = tf.compat.v1.get_default_graph().get_tensor_by_name(
              tensor_name)
      if 'detection_masks' in tensor_dict:
        detection_boxes = tf.squeeze(tensor_dict['detection_boxes'], [0])
        detection_masks = tf.squeeze(tensor_dict['detection_masks'], [0])
        real_num_detection = tf.cast(tensor_dict['num_detections'][0], tf.int32)
        detection_boxes = tf.slice(detection_boxes, [0, 0], [real_num_detection, -1])
        detection_masks = tf.slice(detection_masks, [0, 0, 0], [real_num_detection, -1, -1])
        detection_masks_reframed = utils_ops.reframe_box_masks_to_image_masks(
            detection_masks, detection_boxes, image.shape[0], image.shape[1])
        detection_masks_reframed = tf.cast(
            tf.greater(detection_masks_reframed, 0.5), tf.uint8)
        tensor_dict['detection_masks'] = tf.expand_dims(
            detection_masks_reframed, 0)
      image_tensor = tf.compat.v1.get_default_graph().get_tensor_by_name('image_tensor:0')

      # Запуск поиска объектов
      output_dict = sess.run(tensor_dict,
                             feed_dict={image_tensor: np.expand_dims(image, 0)})

      # Преобразование выходных данных из массивов float32 в нужный формат
      output_dict['num_detections'] = int(output_dict['num_detections'][0])
      output_dict['detection_classes'] = output_dict[
          'detection_classes'][0].astype(np.uint8)
      output_dict['detection_boxes'] = output_dict['detection_boxes'][0]
      output_dict['detection_scores'] = output_dict['detection_scores'][0]
      if 'detection_masks' in output_dict:
        output_dict['detection_masks'] = output_dict['detection_masks'][0]
  return output_dict

Загрузим тестовое изображение

wget https://digiratory.ru/wp-content/uploads/172914606_546132cbe9_z1.jpg

Выведем загруженное изображение

%matplotlib inline
sample_image = cv2.cvtColor(cv2.imread('172914606_546132cbe9_z1.jpg'), cv2.COLOR_BGR2RGB)
plt.imshow(sample_image)
plt.show()

Получим отклик нейронной сети на изображение

output_dict = run_inference_for_single_image(sample_image, detection_graph)

Визуализируем результат детектирования и сегментации.

vis_util.visualize_boxes_and_labels_on_image_array(
      sample_image,
      output_dict['detection_boxes'],
      output_dict['detection_classes'],
      output_dict['detection_scores'],
      category_index,
      instance_masks=output_dict.get('detection_masks'),
      use_normalized_coordinates=True,
      line_thickness=0,
      min_score_thresh=.6)
plt.figure(figsize=(12, 8))
plt.grid(False)
plt.imshow(sample_image)

Вы можете попробовать запустить различные предобученные модели, предложенные разработчиками и посмотреть на различие результатов.

Colaboratory Jupiter Notebook