前言

今天和大家一起分享如何使用LabVIEW調(diào)用pb模型實現(xiàn)物體識別，本博客中使用的智能工具包可到主頁置頂博客LabVIEW AI視覺工具包（非NI Vision）下載與安裝教程中下載

一、物體識別算法原理概述

1、物體識別的概念

物體識別也稱 目標(biāo)檢測 ，目標(biāo)檢測所要解決的問題是目標(biāo)在哪里以及其狀態(tài)的問題。但是，這個問題并不是很容易解決。形態(tài)不合理，對象出現(xiàn)的區(qū)域不確定，更不用說對象也可以是多個類別。**

**

目標(biāo)檢測用的比較多的主要是RCNN，spp- net，fast- rcnn，faster- rcnn；YOLO系列，如YOLOV3和YOLOV4；除此之外還有SSD，ResNet等。

2、Yolo算法原理概述

Yolo的識別原理簡單清晰。對于輸入的圖片，將整張圖片分為7×7（7為參數(shù)，可調(diào)）個方格。當(dāng)某個物體的中心點落在了某個方格中，該方格則負責(zé)預(yù)測該物體。每個方格會為被預(yù)測物體產(chǎn)生2（參數(shù)，可調(diào)）個候選框并生成每個框的置信度。最后選取置信度較高的方框作為預(yù)測結(jié)果。

二、opencv調(diào)用darknet物體識別模型（yolov3/yolov4）

相關(guān)源碼及模型在darknt文件夾下

使用darknet訓(xùn)練yolo的模型，生成weights文件。使用opencv調(diào)用生成的模型

1、darknet模型的獲取

文件含義：

• **cfg文件：模型描述文件 **
• weights文件：模型權(quán)重文件

Yolov3獲取鏈接:

https://github.com/pjreddie/darknet/blob/master/cfg/yolov3.cfg

https://pjreddie.com/media/files/yolov3.weights

Yolov4獲取鏈接:

https://github.com/AlexeyAB/darknet/releases/download/darknet_yolo_v3_optimal/yolov4.cfg

https://github.com/AlexeyAB/darknet/releases/download/darknet_yolo_v3_optimal/yolov4.weights

2、python調(diào)用darknet模型實現(xiàn)物體識別

（1）dnn模塊調(diào)用darknet模型

net = cv2.dnn.readNetFromDarknet("yolov3/yolov3.cfg", "yolov3/yolov3.weights")

（2）獲取三個輸出端的LayerName

使用getUnconnectedOutLayer獲取三個只有輸入，沒有輸出的層的名字，Yolov3的三個輸出端層名為：['yolo_82', 'yolo_94', 'yolo_106']

def getOutputsNames(net):
    # Get the names of all the layers in the network
    layersNames = net.getLayerNames()
    # Get the names of the output layers, i.e. the layers with unconnected outputs
    return [layersNames[i - 1] for i in net.getUnconnectedOutLayers()]

**（3）圖像預(yù)處理 **

使用blobFromImage將圖像轉(zhuǎn)為image

Size=(416,416)或(608,608)

Scale=1/255

Means=[0,0,0]

blob = cv2.dnn.blobFromImage(frame, 1/255, (416, 416), [0,0,0], 1, crop=False)

（4）推理

使用net.forward(multiNames)獲取多個層的結(jié)果，其中g(shù)etOutputsNames(net)=['yolo_82', 'yolo_94', 'yolo_106']

net.setInput(blob)
outs = net.forward(getOutputsNames(net))

**（5）后處理（postrocess） **

獲取的結(jié)果（outs）里面有三個矩陣（out），每個矩陣的大小為85*n，n表示檢測到了n個物體，85的排列順序是這樣的：

• 第0列代表物體中心x在圖中的位置（0~1）
• 第1列表示物體中心y在圖中的位置（0~1）
• 第2列表示物體的寬度
• 第3列表示物體的高度
• 第4列是置信概率，值域為[0-1]，用來與閾值作比較決定是否標(biāo)記目標(biāo)
• 第5~84列為基于COCO數(shù)據(jù)集的80分類的標(biāo)記權(quán)重，最大的為輸出分類。使用這些參數(shù)保留置信度高的識別結(jié)果(confidence>confThreshold)

def postprocess(frame, outs):
    frameHeight = frame.shape[0]
    frameWidth = frame.shape[1]
    classIds = []
    confidences = []
    boxes = []
    classIds = []
    confidences = []
    boxes = []
    for out in outs:
        for detection in out:
            scores = detection[5:]
            classId = np.argmax(scores)
            confidence = scores[classId]
            if confidence > confThreshold:
                center_x = int(detection[0] * frameWidth)
                center_y = int(detection[1] * frameHeight)
                width = int(detection[2] * frameWidth)
                height = int(detection[3] * frameHeight)
                left = int(center_x - width / 2)
                top = int(center_y - height / 2)
                classIds.append(classId)
                confidences.append(float(confidence))
                boxes.append([left, top, width, height])
    print(boxes)
    print(confidences)

**（6）后處理（postrocess） **

使用NMSBoxes函數(shù)過濾掉重復(fù)識別的區(qū)域。

indices = cv.dnn.NMSBoxes(boxes, confidences, confThreshold, nmsThreshold)  
    for i in indices:
        box = boxes[i]
        left = box[0]
        top = box[1]
        width = box[2]
        height = box[3]
        drawPred(classIds[i], confidences[i], left, top, left + width, top + height)

（7）畫出檢測到的對象

def drawPred(classId, conf, left, top, right, bottom):
    # Draw a bounding box.
    cv.rectangle(frame, (left, top), (right, bottom), (0, 0, 255))
     
    label = '%.2f' % conf
         
    # Get the label for the class name and its confidence
    if classes:
        assert(classId < len(classes))
        label = '%s:%s' % (classes[classId], label)

    #Display the label at the top of the bounding box
    labelSize, baseLine = cv.getTextSize(label, cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, 1)
    top = max(top, labelSize[1])
    cv.putText(frame, label, (left, top), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255,255,255))

（8）完整源碼及檢測結(jié)果（cv_call_yolo.py）

import cv2
cv=cv2
import numpy as np
import time
net = cv2.dnn.readNetFromDarknet("yolov3/yolov3.cfg", "yolov3/yolov3.weights")
net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_CUDA)
net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CUDA)
?
confThreshold = 0.5  #Confidence threshold
nmsThreshold = 0.4   #Non-maximum suppression threshold
frame=cv2.imread("dog.jpg")
classesFile = "coco.names";
classes = None
with open(classesFile, 'rt') as f:
    classes = f.read().rstrip('\\\\\\\\\\\\\\\\n').split('\\\\\\\\\\\\\\\\n')
?
def getOutputsNames(net):
    # Get the names of all the layers in the network
    layersNames = net.getLayerNames()
    # Get the names of the output layers, i.e. the layers with unconnected outputs
    return [layersNames[i - 1] for i in net.getUnconnectedOutLayers()]
print(getOutputsNames(net))
# Remove the bounding boxes with low confidence using non-maxima suppression
?
def postprocess(frame, outs):
    frameHeight = frame.shape[0]
    frameWidth = frame.shape[1]
    classIds = []
    confidences = []
    boxes = []
    # Scan through all the bounding boxes output from the network and keep only the
    # ones with high confidence scores. Assign the box's class label as the class with the highest score.
    classIds = []
    confidences = []
    boxes = []
    for out in outs:
        for detection in out:
            scores = detection[5:]
            classId = np.argmax(scores)
            confidence = scores[classId]
            if confidence > confThreshold:
                center_x = int(detection[0] * frameWidth)
                center_y = int(detection[1] * frameHeight)
                width = int(detection[2] * frameWidth)
                height = int(detection[3] * frameHeight)
                left = int(center_x - width / 2)
                top = int(center_y - height / 2)
                classIds.append(classId)
                confidences.append(float(confidence))
                boxes.append([left, top, width, height])

    # Perform non maximum suppression to eliminate redundant overlapping boxes with
    # lower confidences.
    print(boxes)
    print(confidences)  
    indices = cv.dnn.NMSBoxes(boxes, confidences, confThreshold, nmsThreshold) 
    for i in indices:
        #print(i)
        #i = i[0]
        box = boxes[i]
        left = box[0]
        top = box[1]
        width = box[2]
        height = box[3]
        drawPred(classIds[i], confidences[i], left, top, left + width, top + height)
?
    # Draw the predicted bounding box
def drawPred(classId, conf, left, top, right, bottom):
    # Draw a bounding box.
    cv.rectangle(frame, (left, top), (right, bottom), (0, 0, 255))
    label = '%.2f' % conf    
    # Get the label for the class name and its confidence
    if classes:
        assert(classId < len(classes))
        label = '%s:%s' % (classes[classId], label)
    #Display the label at the top of the bounding box
    labelSize, baseLine = cv.getTextSize(label, cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, 1)
    top = max(top, labelSize[1])
    cv.putText(frame, label, (left, top), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255,255,255))
blob = cv2.dnn.blobFromImage(frame, 1/255, (416, 416), [0,0,0], 1, crop=False)
t1=time.time()
net.setInput(blob)
outs = net.forward(getOutputsNames(net))
print(time.time()-t1)
postprocess(frame, outs)
t, _ = net.getPerfProfile()
label = 'Inference time: %.2f ms' % (t * 1000.0 / cv.getTickFrequency())
cv.putText(frame, label, (0, 15), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 0, 255))
cv2.imshow("result",frame)
?

3、LabVIEW調(diào)用darknet模型實現(xiàn)物體識別yolo_example.vi

（1）LabVIEW調(diào)用yolov3的方式及步驟和python類似，源碼如下所示：

將待識別圖片與yolo_example.vi置于同一路徑下，即可進行物體識別

（2）識別結(jié)果如下：

4、LabVIEW實現(xiàn)實時攝像頭物體識別（yolo_example_camera.vi）

（1）使用GPU加速

使用順序結(jié)構(gòu)檢測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理的時間

比較使用GPU和不使用GPU兩種情況下的推理速度

普通模式 ：net.serPerferenceBackend(0)，net.serPerferenceTarget(0)**

** Nvidia GPU模式 ：net.serPreferenceBackend(5)， net.serPerferenceTarget(6)**

**

**注：普通的c++、python、LabVIEW版本的opencv，即便選了GPU模式也沒用，程序仍然運行在CPU上，需要安裝CUDA和CUDNN后重新從源碼編譯opencv **

（2）程序源碼如下：

（3）物體識別結(jié)果如下：

注意，使用如上程序，可以點擊STOP按鈕，停止本次物體識別，也可勾選使用GPU進行加速

（4）使用GPU加速結(jié)果：

三、tensorflow的物體識別模型調(diào)用

相關(guān)源碼及模型在tf1文件夾下

1、下載預(yù)訓(xùn)練模型并生成pbtxt文件

（1）下載ssd_mobilenet_v2_coco，下載地址如下：

http://download.tensorflow.org/models/object_detection/ssd_mobilenet_v2_coco_2018_03_29.tar.gz

（2）解壓后的文件內(nèi)容

（3）根據(jù)pb模型生成pbtxt文件

運行 tf_text_graph_ssd.py以生成pptxt文件

在cmd中運行：

**python tf_text_graph_ssd.py --input ssd_mobilenet_v1_coco_2017_11_17/frozen_inference_graph.pb --config ssd_mobilenet_v1_coco_2017_11_17/ssd_mobilenet_v1_coco.config --output ssd_mobilenet_v1_coco_2017_11_17.pbtxt **

2、LabVIEW調(diào)用tensorflow模型推理并實現(xiàn)物體識別（callpb.vi）

（1）程序源碼如下：

（2）運行結(jié)果如下：

四、項目源碼及模型下載

鏈接： https://pan.baidu.com/s/1zwbLQe0VehGhsqNIHyaFRw?pwd=8888

**提取碼：8888 **

總結(jié)拓展

**可以使用Yolov3訓(xùn)練自己的數(shù)據(jù)集，具體訓(xùn)練方法可參考博客

可實現(xiàn)案例：口罩佩戴識別、肺炎分類、CT等，如口罩佩戴檢測

審核編輯 黃宇