Android实现手部检测和手势识别(含训练代码+Android源码+手势识别数据集)

发布于:2022-12-07 ⋅ 阅读:(720) ⋅ 点赞:(0)

Android实现手部检测和手势识别(含训练代码+Android源码+手势识别数据集)

目录

Android实时手势动作识别(含训练代码++手势识别数据集)

1. 前言

2. 手势识别的方法

(1)基于多目标检测的手势识别方法

(2)基于手部检测+手势分类识别方法

3. 手势识别数据集说明

(1)HaGRID手势识别数据集

(2)自定义数据集

4. 基于YOLOv5的手势识别训练

5.手势识别模型Android部署

(1) 将Pytorch模型转换ONNX模型

(2) 将ONNX模型转换为TNN模型

(3) Android端上部署手势识别模型

(4) 一些异常错误解决方法

6. 手势识别测试效果

7.项目源码下载


1. 前言

本篇博客是《基于YOLOv5的手势识别系统(含手势识别数据集+训练代码)》续作Android篇,主要分享将Python训练后的YOLOv5手势识别模型移植到Android平台。我们将开发一个简易的手势动作识别Android Demo。Demo支持one,two,ok等18种常见的通用手势动作识别,也可以根据业务需求自定义训练的手势识别的类别。

考虑到原始YOLOv5的模型计算量比较大,鄙人在YOLOv5s基础上,开发了一个非常轻量级的的手势识别模型yolov5s05。从效果来看,Android手势识别Demo性能还是顶呱呱的,平均精度平均值mAP_0.5=0.99421,mAP_0.5:0.95=0.82706。APP在普通Android手机上可以达到实时的手势识别效果,CPU(4线程)约30ms左右,GPU约25ms左右 ,基本满足业务的性能需求。

先展示一下Android Demo效果:

【Android APP体验】https://download.csdn.net/download/guyuealian/86666991

【源码下载】 Android实现手部检测和手势识别

【尊重原创,转载请注明出处】https://panjinquan.blog.csdn.net/article/details/126994546


2. 手势识别的方法

(1)基于多目标检测的手势识别方法

基于多目标检测的手势识别方法,一步到位,把手势类别直接当成多个目标检测的类别进行训练。

  1. 该方案采用one-stage的方法,直接端到端训练,任务简单,速度较快;
  2. 新增类别或者数据,需要人工拉框标注手势,成本较大
  3. 需要均衡采集的不同手势类别的样本数
  4. 部署简单

(2)基于手部检测+手势分类识别方法

该方法,先训练一个通用的手部检测模型(不区分手势,只检测手部框),然后裁剪手部区域,再训练一个手势分类器,完成对不同手势的分类识别。

  1. 该方案采用two-stage方法,可针对性分别提高检测模型和分类模型的性能
  2. 手部检测模型不区分手势,只检测手部框,检测精度较高,
  3. 手势分类模型可以做到很轻量
  4. 手势分类数据比较容易采集(你可以采集一个动手一个视频,这样经过手部检测裁剪下来的图片都是同一个类别的动作,减少人工拉框标注手势的成本)
  5. 由于采用two-stage方法进行检测-识别,因此速度相对较慢

考虑到HaGRID手势识别数据集,所有图片已经标注了手势类别和检测框,因此采用“基于多目标检测的手势识别方法”更为简单。本篇博客就是基于多目标检测的手势识别方法,多目标检测的的方法较多,比如Faster-RCNN,YOLO系列,SSD等均可以采用,本博客将采用YOLOv5进行多目标检测的手势识别训练。

如果你的数据集仅有部分检测框,但手势分类图片的数据集比较容易采集,建议使用“基于手部检测+手势分类识别方法”,毕竟这方案标注成本比较低。若你需要这个方案,可以微信公众号联系我。


3. 手势识别数据集说明

(1)HaGRID手势识别数据集

原始的HaGRID数据集非常大,图片都是高分辨率(1920 × 1080)200W像素,完整下载HaGRID数据集,至少需要716GB的硬盘空间。另外,由于是外网链接,下载可能经常掉线。

考虑到这些问题,本人对HaGRID数据集进行精简和缩小分辨率,目前整个数据集已经压缩到18GB左右,可以满足手势识别分类和检测的任务需求,为了有别于原始数据集,该数据集称为Light-HaGRID数据集,即一个比较轻量的手势识别数据集。

  • 提供手势动作识别数据集,共18个手势类别,每个类别约含有7000张图片,总共123731张图片(12W+)
  • 提供所有图片的json标注格式文件,即原始HaGRID数据集的标注格式
  • 提供所有图片的XML标注格式文件,即转换为VOC数据集的格式
  • 提供所有手势区域的图片,每个标注框的手部区域都裁剪下来,并保存在Classification文件夹下
  • 可用于手势目标检测模型训练
  • 可用于手势分类识别模型训练

 关于《HaGRID手势识别数据集使用说明和下载》,请参考鄙人另一篇博客,

HaGRID手势识别数据集使用说明和下载_PKing666666的博客-CSDN博客

(2)自定义数据集

如果需要增/删类别数据进行训练,或者需要自定数据集进行训练,可参考如下步骤:

  1. 采集手势图片,建议不少于200张图片
  2. 使用Labelme等标注工具,对手势拉框标注:labelme工具:GitHub - wkentaro/labelme: Image Polygonal Annotation with Python (polygon, rectangle, circle, line, point and image-level flag annotation).
  3. 将标注格式转换为VOC数据格式,参考工具:labelme/labelme2voc.py at main · wkentaro/labelme · GitHub
  4. 生成训练集train.txt和验证集val.txt文件列表
  5. 修改engine/configs/voc_local.yaml的train和val的数据路径
  6. 重新开始训练


4. 基于YOLOv5的手势识别训练

考虑到手机端CPU/GPU性能比较弱鸡,直接部署yolov5s运行速度十分慢,所以这里Android部署仅仅考虑yolov5s05模型,yolov5s05即是在yolov5s的基础上做了模型轻量化处理,其channels通道数全部都减少一半,并且模型输入由原来的640×640降低到320×320。从性能来看,yolov5s05比yolov5s快5多倍,而mAP下降了5%(0.87605→0.82706),对于手机端,这精度还是可以接受。

官方YOLOv5:  https://github.com/ultralytics/yolov5 

下面是yolov5s05和yolov5s的参数量和计算量对比:

模型 input-size params(M) GFLOPs 手势识别mAP(0.5:0.95)
yolov5s 640×640 7.2 16.5 0.87605
yolov5s05 320×320 1.7 1.1 0.82706

yolov5s05和yolov5s训练过程完全一直,仅仅是配置文件不一样而已;碍于篇幅,本篇博客不在赘述,详细训练过程请参考:《基于YOLOv5的手势识别系统(含手势识别数据集+训练代码)

基于YOLOv5的手势识别系统(含手势识别数据集+训练代码)_PKing666666的博客-CSDN博客基于YOLOv5的手势识别系统(含手势识别数据集+训练代码),手势识别,动作识别,手势动作识别,手势数据集https://panjinquan.blog.csdn.net/article/details/126750433

5.手势识别模型Android部署

(1) 将Pytorch模型转换ONNX模型

训练好yolov5s05或者yolov5s模型后,你需要将模型转换为ONNX模型,并使用onnx-simplifier简化网络结构

# 转换yolov5s05模型
python export.py --weights "runs/yolov5s05_320/weights/best.pt" --img-size 320 320

# 转换yolov5s模型
python export.py --weights "runs/yolov5s_640/weights/best.pt" --img-size 640 640

GitHub: https://github.com/daquexian/onnx-simplifier
Install:  pip3 install onnx-simplifier 

(2) 将ONNX模型转换为TNN模型

目前CNN模型有多种部署方式,可以采用TNN,MNN,NCNN,以及TensorRT等部署工具,鄙人采用TNN进行Android端上部署:

TNN转换工具:

(3) Android端上部署手势识别模型

项目实现了Android版本的手势动作识别Demo,部署框架采用TNN,支持多线程CPU和GPU加速推理,在普通手机上可以实时处理。Android源码核心算法均采用C++实现,上层通过JNI接口调用.

如果你想在这个Android Demo部署你自己训练的模型,你可将训练好的Pytorch模型转换ONNX ,再转换成TNN模型,然后把TNN模型代替你模型即可。

package com.cv.tnn.model;

import android.graphics.Bitmap;

public class Detector {

    static {
        System.loadLibrary("tnn_wrapper");
    }


    /***
     * 初始化模型
     * @param model: TNN *.tnnmodel文件文件名(含后缀名)
     * @param root:模型文件的根目录,放在assets文件夹下
     * @param model_type:模型类型
     * @param num_thread:开启线程数
     * @param useGPU:关键点的置信度,小于值的坐标会置-1
     */
    public static native void init(String model, String root, int model_type, int num_thread, boolean useGPU);

    /***
     * 检测
     * @param bitmap 图像(bitmap),ARGB_8888格式
     * @param score_thresh:置信度阈值
     * @param iou_thresh:  IOU阈值
     * @return
     */
    public static native FrameInfo[] detect(Bitmap bitmap, float score_thresh, float iou_thresh);
}

(4) 一些异常错误解决方法

  • TNN推理时出现:Permute param got wrong size

官方YOLOv5:  https://github.com/ultralytics/yolov5 

如果你是直接使用官方YOLOv5代码转换TNN模型,部署TNN时会出现这个错误Permute param got wrong size,这是因为TNN最多支持4个维度计算,而YOLOv5在输出时采用了5个维度。你需要修改model/yolo.py文件

 export.py文件设置model.model[-1].export = True:

.....
    # Exports
    if 'torchscript' in include:
        export_torchscript(model, img, file, optimize)
    if 'onnx' in include:
        model.model[-1].export = True  # TNN不支持5个维度,修改输出格式
        export_onnx(model, img, file, opset, train, dynamic, simplify=simplify)
    if 'coreml' in include:
        export_coreml(model, img, file)

    # Finish
    print(f'\nExport complete ({time.time() - t:.2f}s)'
          f"\nResults saved to {colorstr('bold', file.parent.resolve())}"
          f'\nVisualize with https://netron.app')

.....
  • TNN推理时效果很差,检测框一团麻

 这个问题,大部分是模型参数设置错误,需要根据自己的模型,修改C++推理代码YOLOv5Param模型参数。


struct YOLOv5Param {
    ModelType model_type;                  // 模型类型,MODEL_TYPE_TNN,MODEL_TYPE_NCNN等
    int input_width;                       // 模型输入宽度,单位:像素
    int input_height;                      // 模型输入高度,单位:像素
    bool use_rgb;                          // 是否使用RGB作为模型输入(PS:接口固定输入BGR,use_rgb=ture时,预处理将BGR转换为RGB)
    bool padding;
    int num_landmarks;                     // 关键点个数
    NetNodes InputNodes;                   // 输入节点名称
    NetNodes OutputNodes;                  // 输出节点名称
    vector<YOLOAnchor> anchors;
    vector<string> class_names;            // 类别集合
};

input_width和input_height是模型的输入大小;vector<YOLOAnchor> anchors需要对应上,注意Python版本的yolov5s的原始anchor是

anchors:
  - [10,13, 16,30, 33,23]  # P3/8
  - [30,61, 62,45, 59,119]  # P4/16
  - [116,90, 156,198, 373,326]  # P5/32

而yolov5s05由于input size由原来640变成320,anchor也需要做对应调整,所以我训练前对手势数据的anchor进行重新聚类,得到输入320×320的anchor为:

anchors:
  - [ 12,19,  17,28, 22,34 ]
  - [ 25,47,  33,41, 34,59 ]
  - [ 49,54,  46,79, 70,92 ]

因此C++版本的yolov5s和yolov5s05的模型参数YOLOv5Param如下设置


//YOLOv5s模型参数
static YOLOv5Param YOLOv5s_GESTURE_640 = {MODEL_TYPE_TNN,
                                          640,
                                          640,
                                          true,
                                          true,
                                          0,
                                          {{{"images", nullptr}}}, //InputNodes
                                               {{{"boxes", nullptr},   //OutputNodes
                                                 {"scores", nullptr}}},
                                          {
                                                       {"434", 32,
                                                        {{116, 90}, {156, 198}, {373, 326}}},
                                                       {"415", 16, {{30, 61}, {62, 45}, {59, 119}}},
                                                       {"output", 8,
                                                        {{10, 13}, {16, 30}, {33, 23}}}, //
                                               },
                                          GESTURE_NAME};

//YOLOv5s05模型参数
static YOLOv5Param YOLOv5s05_GESTURE_ANCHOR_320 = {MODEL_TYPE_TNN,
                                                   320,
                                                   320,
                                                   true,
                                                   true,
                                                   0,
                                                   {{{"images", nullptr}}}, //InputNodes
                                                      {{{"boxes", nullptr},   //OutputNodes
                                                        {"scores", nullptr}}},
                                                   {
                                                              {"434", 32,
                                                               {{49, 54}, {46, 79}, {70, 92}}},
                                                              {"415", 16,
                                                               {{25, 47}, {33, 41}, {34, 59}}},
                                                              {"output", 8,
                                                               {{12, 19}, {17, 28}, {22, 34}}}, //
                                                      },
                                                   GESTURE_NAME};
  • 运行APP闪退:dlopen failed: library "libomp.so" not found

参考解决方法:解决dlopen failed: library “libomp.so“ not found_PKing666666的博客-CSDN博客_dlopen failed 


6. 手势识别测试效果

 Android APP体验 https://download.csdn.net/download/guyuealian/86666991  

APP在普通Android手机上可以达到实时的手势识别效果,CPU(4线程)约30ms左右,GPU约25ms左右 ,基本满足业务的性能需求。


7.项目源码下载

【Android APP体验】https://download.csdn.net/download/guyuealian/86666991

整套项目源码内容包含Light-HaGRID数据集 + YOLOv5训练代码和测试代码+手势识别Android APP源码 :  Android实现手部检测和手势识别

(1)Light-HaGRID数据集

  1. 提供手势动作识别数据集,共18个手势类别,每个类别约含有7000张图片,总共123731张图片(12W+)
  2. 提供所有图片的json标注格式文件,即原始HaGRID数据集的标注格式
  3. 提供所有图片的XML标注格式文件,即转换为VOC数据集的格式
  4. 提供所有手势区域的图片,每个标注框的手部区域都裁剪下来,并保存在Classification文件夹下
  5. 可用于手势目标检测模型训练
  6. 可用于手势分类识别模型训练

(2)YOLOv5训练代码和测试代码

  1. 整套YOLOv5项目工程的训练代码和测试代码
  2. 支持高精度版本yolov5s训练和测试
  3. 支持轻量化版本yolov5s05训练和测试,可以用于在Android手机实时手势识别:https://panjinquan.blog.csdn.net/article/details/126994546
  4. 根据博文《 基于YOLOv5的手势识别系统(含手势识别数据集+训练代码)》说明,简单配置即可开始训练

(3)手势识别Android APP源码

  1. 提供快速版yolov5s05手势识别,在普通手机可实时检测识别,CPU(4线程)约30ms左右,GPU约25ms左右
  2. 提供高精度版本yolov5s手势识别,CPU(4线程)约250ms左右,GPU约100ms左右
  3. Demo支持图片,视频,摄像头测试

 【源码下载】 ​​​​​​​Android实现手部检测和手势识别

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