摘要:将YOLO应用于图像目标检测中,那么在学会检测单张图像后,我们也可以利用YOLO算法实现视频流中的目标检测。将YOLO应用于视频流对象检测首先打开 yolo_video.py文件并插入以下代码:将YO

将YOLO应用于图像目标检测中,那么在学会检测单张图像后,我们也可以利用YOLO算法实现视频流中的目标检测。将YOLO应用于视频流对象检测首先打开 yolo_video.py文件并插入以下代码:

将YOLO应用于图像目标检测中,那么在学会检测单张图像后,我们也可以利用YOLO算法实现视频流中的目标检测。

将YOLO应用于视频流对象检测

首先打开 yolo_video.py文件并插入以下代码:

# import the necessary packagesimport numpy as npimport argparseimport imutilsimport timeimport cv2import os # construct the argument parse and parse the argumentsap = argparse.ArgumentParser()ap.add_argument("-i", "--input", required=True,    help="path to input video")ap.add_argument("-o", "--output", required=True,    help="path to output video")ap.add_argument("-y", "--yolo", required=True,    help="base path to YOLO directory")ap.add_argument("-c", "--confidence", type=float, default=0.5,    help="minimum probability to filter weak detections")ap.add_argument("-t", "--threshold", type=float, default=0.3,    help="threshold when applyong non-maxima suppression")args = vars(ap.parse_args())

同样,首先从导入相关数据包和命令行参数开始。与之前不同的是,此脚本没有-- image参数,取而代之的是量个视频路径:

  • -- input  :输入视频文件的路径;
  • -- output  :输出视频文件的路径;

视频的输入可以是手机拍摄的短视频或者是网上搜索到的视频。另外,也可以通过将多张照片合成为一个短视频也可以。本博客使用的是在PyImageSearch上找到来自imutils的VideoStream类的 示例。

下面的代码与处理图形时候相同:

# load the COCO class labels our YOLO model was trained onlabelsPath = os.path.sep.join([args["yolo"], "coco.names"])LABELS = open(labelsPath).read().strip().split("\n") # initialize a list of colors to represent each possible class labelnp.random.seed(42)COLORS = np.random.randint(0, 255, size=(len(LABELS), 3),    dtype="uint8") # derive the paths to the YOLO weights and model configurationweightsPath = os.path.sep.join([args["yolo"], "yolov3.weights"])configPath = os.path.sep.join([args["yolo"], "yolov3.cfg"]) # load our YOLO object detector trained on COCO dataset (80 classes)# and determine only the *output* layer names that we need from YOLOprint("[INFO] loading YOLO from disk...")net = cv2.dnn.readNetFromDarknet(configPath, weightsPath)ln = net.getLayerNames()ln = [ln[i[0] - 1] for i in net.getUnconnectedOutLayers()]

在这里,加载标签并生成相应的颜色,然后加载YOLO模型并确定输出层名称。

接下来,将处理一些特定于视频的任务:

# initialize the video stream, pointer to output video file, and# frame dimensionsvs = cv2.VideoCapture(args["input"])writer = None(W, H) = (None, None) # try to determine the total number of frames in the video filetry:    prop = cv2.cv.CV_CAP_PROP_FRAME_COUNT if imutils.is_cv2() \        else cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT    total = int(vs.get(prop))    print("[INFO] {} total frames in video".format(total)) # an error occurred while trying to determine the total# number of frames in the video fileexcept:    print("[INFO] could not determine # of frames in video")    print("[INFO] no approx. completion time can be provided")    total = -1

在上述代码块中:

  • 打开一个指向视频文件的文件指针,循环读取帧;
  • 初始化视频编写器 (writer)和帧尺寸;
  • 尝试确定视频文件中的总帧数(total),以便估计整个视频的处理时间;

之后逐个处理帧:

# loop over frames from the video file streamwhile True:    # read the next frame from the file    (grabbed, frame) = vs.read()     # if the frame was not grabbed, then we have reached the end    # of the stream    if not grabbed:        break     # if the frame dimensions are empty, grab them    if W is None or H is None:        (H, W) = frame.shape[:2]

上述定义了一个 while循环, 然后从第一帧开始进行处理,并且会检查它是否是视频的最后一帧。接下来,如果尚未知道帧的尺寸,就会获取一下对应的尺寸。

接下来,使用当前帧作为输入执行YOLO的前向传递 :

ect Detection with OpenCVPython    # construct a blob from the input frame and then perform a forward    # pass of the YOLO object detector, giving us our bounding boxes    # and associated probabilities    blob = cv2.dnn.blobFromImage(frame, 1 / 255.0, (416, 416),        swapRB=True, crop=False)    net.setInput(blob)    start = time.time()    layerOutputs = net.forward(ln)    end = time.time()    # initialize our lists of detected bounding boxes, confidences,    # and class IDs, respectively    boxes = []    confidences = []    classIDs = []

在这里,构建一个 blob 并将其传递通过网络,从而获得预测。然后继续初始化之前在图像目标检测中使用过的三个列表: boxes 、 confidencesclassIDs :

  # loop over each of the layer outputs    for output in layerOutputs:        # loop over each of the detections        for detection in output:            # extract the class ID and confidence (i.e., probability)            # of the current object detection            scores = detection[5:]            classID = np.argmax(scores)            confidence = scores[classID]             # filter out weak predictions by ensuring the detected            # probability is greater than the minimum probability            if confidence > args["confidence"]:                # scale the bounding box coordinates back relative to                # the size of the image, keeping in mind that YOLO                # actually returns the center (x, y)-coordinates of                # the bounding box followed by the boxes' width and                # height                box = detection[0:4] * np.array([W, H, W, H])                (centerX, centerY, width, height) = box.astype("int")                 # use the center (x, y)-coordinates to derive the top                # and and left corner of the bounding box                x = int(centerX - (width / 2))                y = int(centerY - (height / 2))                 # update our list of bounding box coordinates,                # confidences, and class IDs                boxes.append([x, y, int(width), int(height)])                confidences.append(float(confidence))                classIDs.append(classID)

在上述代码中,与图像目标检测相同的有:

  • 循环输出层和检测;
  • 提取 classID并过滤掉弱预测;
  • 计算边界框坐标;
  • 更新各自的列表;

接下来,将应用非最大值抑制:

    # apply non-maxima suppression to suppress weak, overlapping    # bounding boxes    idxs = cv2.dnn.NMSBoxes(boxes, confidences, args["confidence"],        args["threshold"])     # ensure at least one detection exists    if len(idxs) > 0:        # loop over the indexes we are keeping        for i in idxs.flatten():            # extract the bounding box coordinates            (x, y) = (boxes[i][0], boxes[i][1])            (w, h) = (boxes[i][2], boxes[i][3])             # draw a bounding box rectangle and label on the frame            color = [int(c) for c in COLORS[classIDs[i]]]            cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), color, 2)            text = "{}: {:.4f}".format(LABELS[classIDs[i]],                confidences[i])            cv2.putText(frame, text, (x, y - 5),                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, color, 2)

同样的,在上述代码中与图像目标检测相同的有:

  • 使用cv2.dnn.NMSBoxes函数用于抑制弱的重叠边界框,可以在此处阅读有关非最大值抑制的更多信息;
  • 循环遍历由NMS计算的idx,并绘制相应的边界框+标签;

最终的部分代码如下:

    # check if the video writer is None    if writer is None:        # initialize our video writer        fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*"MJPG")        writer = cv2.VideoWriter(args["output"], fourcc, 30,            (frame.shape[1], frame.shape[0]), True)         # some information on processing single frame        if total > 0:            elap = (end - start)            print("[INFO] single frame took {:.4f} seconds".format(elap))            print("[INFO] estimated total time to finish: {:.4f}".format(                elap * total))     # write the output frame to disk    writer.write(frame) # release the file pointersprint("[INFO] cleaning up...")writer.release()vs.release()

总结一下:

  • 初始化视频编写器(writer),一般在循环的第一次迭代被初始化;
  • 打印出对处理视频所需时间的估计;
  • 将帧(frame)写入输出视频文件;
  • 清理和释放指针;

现在,打开一个终端并执行以下命令:

$ python yolo_video.py --input videos/car_chase_01.mp4 \    --output output/car_chase_01.avi --yolo yolo-coco[INFO] loading YOLO from disk...[INFO] 583 total frames in video[INFO] single frame took 0.3500 seconds[INFO] estimated total time to finish: 204.0238[INFO] cleaning up...

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图6:YOLO应用于车祸视频对象检测

在视频/ GIF中,你不仅可以看到被检测到的车辆,还可以检测到人员以及交通信号灯!

YOLO目标检测器在该视频中表现相当不错。让现在尝试同一车追逐视频中的不同视频:

$ python yolo_video.py --input videos/car_chase_02.mp4 \    --output output/car_chase_02.avi --yolo yolo-coco[INFO] loading YOLO from disk...[INFO] 3132 total frames in video[INFO] single frame took 0.3455 seconds[INFO] estimated total time to finish: 1082.0806[INFO] cleaning up...

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图7:在该视频中,使用OpenCV和YOLO对象检测来找到该嫌疑人,嫌疑人现在已经逃离汽车并正位于停车场

YOLO再一次能够检测到行人!或者嫌疑人回到他们的车中并继续追逐:

$ python yolo_video.py --input videos/car_chase_03.mp4 \    --output output/car_chase_03.avi --yolo yolo-coco[INFO] loading YOLO from disk...[INFO] 749 total frames in video[INFO] single frame took 0.3442 seconds[INFO] estimated total time to finish: 257.8418[INFO] cleaning up...

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图8: YOLO是一种快速深度学习对象检测器,能够在使用GPU的情况下用于实时视频

最后一个例子,让我们看看如何使用YOLO作为构建流量计数器:

$ python yolo_video.py --input videos/overpass.mp4 \    --output output/overpass.avi --yolo yolo-coco[INFO] loading YOLO from disk...[INFO] 812 total frames in video[INFO] single frame took 0.3534 seconds[INFO] estimated total time to finish: 286.9583[INFO] cleaning up...

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图9:立交桥交通视频表明,YOLO和OpenCV可准确、快速地检测汽车

下面汇总YOLO视频对象检测完整视频:

  • Quaker Oats汽车追逐视频;
  • Vlad Kiraly立交桥视频;
  • “White Crow”音频;

YOLO目标检测器的局限和缺点

YOLO目标检测器的最大限制和缺点是:

  • 它并不总能很好地处理小物体;
  • 它尤其不适合处理密集的对象;

限制的原因是由于YOLO算法其本身:

  • YOLO对象检测器将输入图像划分为SxS网格,其中网格中的每个单元格仅预测单个对象;
  • 如果单个单元格中存在多个小对象,则YOLO将无法检测到它们,最终导致错过对象检测;

因此,如果你的数据集是由许多靠近在一起的小对象组成时,那么就不应该使用YOLO算法。就小物体而言,更快的R-CNN往往效果最好,但是其速度也最慢。在这里也可以使用SSD算法, SSD通常在速度和准确性方面也有很好的权衡。

值得注意的是,在本教程中,YOLO比SSD运行速度慢,大约慢一个数量级。因此,如果你正在使用预先训练的深度学习对象检测器供OpenCV使用,可能需要考虑使用SSD算法而不是YOLO算法。

因此,在针对给定问题选择对象检测器时,我倾向于使用以下准则:

  • 如果知道需要检测的是小物体并且速度方面不作求,我倾向于使用faster R-CNN算法;
  • 如果速度是最重要的,我倾向于使用YOLO算法;
  • 如果需要一个平衡的表现,我倾向于使用SSD算法;

想要训练自己的深度学习目标检测器?

图10:在我的书“使用Python进行计算机视觉的深度学习”中,我介绍了多种对象检测算法,包括faster R-CNN、SSD、RetinaNet。书中讲述了如何创建对象检测图像数据集、训练对象检测器并进行预测。

在本教程中,使用的YOLO模型是在COCO数据集上预先训练的.。但是,如果想在自己的数据集上训练深度学习对象检测器,该如何操作呢?

大体思路是自己标注数据集,按照darknet网站上的指示及网上博客自己更改相应的参数训练即可。或者在我的书“ 深度学习计算机视觉与Python”中,详细讲述了如何将faster R-CNN、SSD和RetinaNet应用于:

  • 检测图像中的徽标;
  • 检测交通标志;
  • 检测车辆的前视图和后视图(用于构建自动驾驶汽车应用);
  • 检测图像和视频流中武器;

书中的所有目标检测章节都包含对算法和代码的详细说明,确保你能够成功训练自己的对象检测器。在这里可以了解有关我的书的更多信息(并获取免费的示例章节和目录)。

总结

在本教程中,我们学习了如何使用Deep Learning、OpenCV和Python完成YOLO对象检测。然后,我们简要讨论了YOLO架构,并用Python实现:

  • 将YOLO对象检测应用于单个图像;
  • 将YOLO对象检测应用于视频流;

在配备的3GHz Intel Xeon W处理器的机器上,YOLO的单次前向传输耗时约0.3秒; 但是,使用单次检测器(SSD),检测耗时只需0.03秒,速度提升了一个数量级。对于使用OpenCV和Python在CPU上进行基于实时深度学习的对象检测,你可能需要考虑使用SSD算法。

如果你有兴趣在自己的自定义数据集上训练深度学习对象检测器,请务必参阅写的“使用Python进行计算机视觉深度学习”,其中提供了有关如何成功训练自己的检测器的详细指南。

原文链接:http://click.aliyun.com/m/1000025488/

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