人脸解析（分割）
1.学习目的
人脸分割是指对人脸图像进行像素级别的精细划分，将图像中的不同区域（如眼睛、鼻子、嘴巴、头发及背景等）区分开来并赋予明确的类别标签。 相比于人脸检测或关键点定位，人脸分割不仅关注人脸的位置，还关注面部内部结构的具体区域划分，提供更丰富、更精确的语义信息。
2.示例 代码
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实验平台： DshanPI CanMV
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from libs.PipeLine import PipeLine, ScopedTiming
from libs.AIBase import AIBase
from libs.AI2D import Ai2d
import os
import ujson
from media.media import *
from time import *
import nncase_runtime as nn
import ulab.numpy as np
import time
import image
import aidemo
import random
import gc
import sys
# 自定义人脸检测任务类
class FaceDetApp(AIBase):
def __init__(self,kmodel_path,model_input_size,anchors,confidence_threshold=0.25,nms_threshold=0.3,rgb888p_size=[1280,720],display_size=[1920,1080],debug_mode=0):
super().__init__(kmodel_path,model_input_size,rgb888p_size,debug_mode)
# kmodel路径
self.kmodel_path=kmodel_path
# 检测模型输入分辨率
self.model_input_size=model_input_size
# 置信度阈值
self.confidence_threshold=confidence_threshold
# nms阈值
self.nms_threshold=nms_threshold
self.anchors=anchors
# sensor给到AI的图像分辨率，宽16字节对齐
self.rgb888p_size=[ALIGN_UP(rgb888p_size[0],16),rgb888p_size[1]]
# 视频输出VO分辨率，宽16字节对齐
self.display_size=[ALIGN_UP(display_size[0],16),display_size[1]]
# debug模式
self.debug_mode=debug_mode
# 实例化Ai2d，用于实现模型预处理
self.ai2d=Ai2d(debug_mode)
# 设置Ai2d的输入输出格式和类型
self.ai2d.set_ai2d_dtype(nn.ai2d_format.NCHW_FMT,nn.ai2d_format.NCHW_FMT,np.uint8, np.uint8)
# 配置预处理操作，这里使用了pad和resize，Ai2d支持crop/shift/pad/resize/affine，具体代码请打开/sdcard/app/libs/AI2D.py查看
def config_preprocess(self,input_image_size=None):
with ScopedTiming("set preprocess config",self.debug_mode > 0):
# 初始化ai2d预处理配置，默认为sensor给到AI的尺寸，可以通过设置input_image_size自行修改输入尺寸
ai2d_input_size=input_image_size if input_image_size else self.rgb888p_size
# 计算padding参数，并设置padding预处理
self.ai2d.pad(self.get_pad_param(), 0, [104,117,123])
# 设置resize预处理
self.ai2d.resize(nn.interp_method.tf_bilinear, nn.interp_mode.half_pixel)
# 构建预处理流程,参数为预处理输入tensor的shape和预处理输出的tensor的shape
self.ai2d.build([1,3,ai2d_input_size[1],ai2d_input_size[0]],[1,3,self.model_input_size[1],self.model_input_size[0]])
# 自定义后处理，results是模型输出的array列表，这里调用了aidemo库的face_det_post_process接口
def postprocess(self,results):
with ScopedTiming("postprocess",self.debug_mode > 0):
res = aidemo.face_det_post_process(self.confidence_threshold,self.nms_threshold,self.model_input_size[0],self.anchors,self.rgb888p_size,results)
if len(res)==0:
return res
else:
return res[0]
# 计算padding参数
def get_pad_param(self):
dst_w = self.model_input_size[0]
dst_h = self.model_input_size[1]
# 计算最小的缩放比例，等比例缩放
ratio_w = dst_w / self.rgb888p_size[0]
ratio_h = dst_h / self.rgb888p_size[1]
if ratio_w < ratio_h:
ratio = ratio_w
else:
ratio = ratio_h
new_w = (int)(ratio * self.rgb888p_size[0])
new_h = (int)(ratio * self.rgb888p_size[1])
dw = (dst_w - new_w) / 2
dh = (dst_h - new_h) / 2
top = (int)(round(0))
bottom = (int)(round(dh * 2 + 0.1))
left = (int)(round(0))
right = (int)(round(dw * 2 - 0.1))
return [0,0,0,0,top, bottom, left, right]
# 自定义人脸解析任务类
class FaceParseApp(AIBase):
def __init__(self,kmodel_path,model_input_size,rgb888p_size=[1920,1080],display_size=[1920,1080],debug_mode=0):
super().__init__(kmodel_path,model_input_size,rgb888p_size,debug_mode)
# kmodel路径
self.kmodel_path=kmodel_path
# 检测模型输入分辨率
self.model_input_size=model_input_size
# sensor给到AI的图像分辨率，宽16字节对齐
self.rgb888p_size=[ALIGN_UP(rgb888p_size[0],16),rgb888p_size[1]]
# 视频输出VO分辨率，宽16字节对齐
self.display_size=[ALIGN_UP(display_size[0],16),display_size[1]]
# debug模式
self.debug_mode=debug_mode
# 实例化Ai2d，用于实现模型预处理
self.ai2d=Ai2d(debug_mode)
# 设置Ai2d的输入输出格式和类型
self.ai2d.set_ai2d_dtype(nn.ai2d_format.NCHW_FMT,nn.ai2d_format.NCHW_FMT,np.uint8, np.uint8)
# 配置预处理操作，这里使用了affine，Ai2d支持crop/shift/pad/resize/affine，具体代码请打开/sdcard/app/libs/AI2D.py查看
def config_preprocess(self,det,input_image_size=None):
with ScopedTiming("set preprocess config",self.debug_mode > 0):
# 初始化ai2d预处理配置，默认为sensor给到AI的尺寸，可以通过设置input_image_size自行修改输入尺寸
ai2d_input_size=input_image_size if input_image_size else self.rgb888p_size
# 计算仿射变换矩阵并设置affine预处理
matrix_dst = self.get_affine_matrix(det)
self.ai2d.affine(nn.interp_method.cv2_bilinear,0, 0, 127, 1,matrix_dst)
# 构建预处理流程,参数为预处理输入tensor的shape和预处理输出的tensor的shape
self.ai2d.build([1,3,ai2d_input_size[1],ai2d_input_size[0]],[1,3,self.model_input_size[1],self.model_input_size[0]])
# 自定义后处理，results是模型输出的array列表，这里将第一个输出返回
def postprocess(self,results):
with ScopedTiming("postprocess",self.debug_mode > 0):
return results[0]
def get_affine_matrix(self,bbox):
# 获取仿射矩阵，用于将边界框映射到模型输入空间
with ScopedTiming("get_affine_matrix", self.debug_mode > 1):
# 设置缩放因子
factor = 2.7
# 从边界框提取坐标和尺寸
x1, y1, w, h = map(lambda x: int(round(x, 0)), bbox[:4])
# 模型输入大小
edge_size = self.model_input_size[1]
# 平移距离，使得模型输入空间的中心对准原点
trans_distance = edge_size / 2.0
# 计算边界框中心点的坐标
center_x = x1 + w / 2.0
center_y = y1 + h / 2.0
# 计算最大边长
maximum_edge = factor * (h if h > w else w)
# 计算缩放比例
scale = edge_size * 2.0 / maximum_edge
# 计算平移参数
cx = trans_distance - scale * center_x
cy = trans_distance - scale * center_y
# 创建仿射矩阵
affine_matrix = [scale, 0, cx, 0, scale, cy]
return affine_matrix
# 人脸解析任务
class FaceParse:
def __init__(self,face_det_kmodel,face_parse_kmodel,det_input_size,parse_input_size,anchors,confidence_threshold=0.25,nms_threshold=0.3,rgb888p_size=[1920,1080],display_size=[1920,1080],debug_mode=0):
# 人脸检测模型路径
self.face_det_kmodel=face_det_kmodel
# 人脸解析模型路径
self.face_pose_kmodel=face_parse_kmodel
# 人脸检测模型输入分辨率
self.det_input_size=det_input_size
# 人脸解析模型输入分辨率
self.parse_input_size=parse_input_size
# anchors
self.anchors=anchors
# 置信度阈值
self.confidence_threshold=confidence_threshold
# nms阈值
self.nms_threshold=nms_threshold
# sensor给到AI的图像分辨率，宽16字节对齐
self.rgb888p_size=[ALIGN_UP(rgb888p_size[0],16),rgb888p_size[1]]
# 视频输出VO分辨率，宽16字节对齐
self.display_size=[ALIGN_UP(display_size[0],16),display_size[1]]
# debug_mode模式
self.debug_mode=debug_mode
# 人脸检测任务类实例
self.face_det=FaceDetApp(self.face_det_kmodel,model_input_size=self.det_input_size,anchors=self.anchors,confidence_threshold=self.confidence_threshold,nms_threshold=self.nms_threshold,rgb888p_size=self.rgb888p_size,display_size=self.display_size,debug_mode=0)
# 人脸解析实例
self.face_parse=FaceParseApp(self.face_pose_kmodel,model_input_size=self.parse_input_size,rgb888p_size=self.rgb888p_size,display_size=self.display_size)
# 人脸检测预处理配置
self.face_det.config_preprocess()
# run函数
def run(self,input_np):
# 执行人脸检测
det_boxes=self.face_det.run(input_np)
parse_res=[]
for det_box in det_boxes:
# 对检测到每一个人脸进行人脸解析
self.face_parse.config_preprocess(det_box)
res=self.face_parse.run(input_np)
parse_res.append(res)
return det_boxes,parse_res
# 绘制人脸解析效果
def draw_result(self,pl,dets,parse_res):
pl.osd_img.clear()
if dets:
draw_img_np = np.zeros((self.display_size[1],self.display_size[0],4),dtype=np.uint8)
draw_img=image.Image(self.display_size[0], self.display_size[1], image.ARGB8888,alloc=image.ALLOC_REF,data=draw_img_np)
for i,det in enumerate(dets):
# （1）将人脸检测框画到draw_img
x, y, w, h = map(lambda x: int(round(x, 0)), det[:4])
x = x * self.display_size[0] // self.rgb888p_size[0]
y = y * self.display_size[1] // self.rgb888p_size[1]
w = w * self.display_size[0] // self.rgb888p_size[0]
h = h * self.display_size[1] // self.rgb888p_size[1]
aidemo.face_parse_post_process(draw_img_np,self.rgb888p_size,self.display_size,self.parse_input_size[0],det.tolist(),parse_res[i])
pl.osd_img.copy_from(draw_img)
if __name__=="__main__":
# 显示模式，默认"hdmi",可以选择"hdmi"和"lcd"，k230d受限于内存不支持
display_mode="lcd"
if display_mode=="hdmi":
display_size=[1920,1080]
else:
display_size=[800,480]
# 人脸检测模型路径
face_det_kmodel_path="/sdcard/examples/kmodel/face_detection_320.kmodel"
# 人脸解析模型路径
face_parse_kmodel_path="/sdcard/examples/kmodel/face_parse.kmodel"
# 其他参数
anchors_path="/sdcard/examples/utils/prior_data_320.bin"
rgb888p_size=[1920,1080]
face_det_input_size=[320,320]
face_parse_input_size=[320,320]
confidence_threshold=0.5
nms_threshold=0.2
anchor_len=4200
det_dim=4
anchors = np.fromfile(anchors_path, dtype=np.float)
anchors = anchors.reshape((anchor_len,det_dim))
# 初始化PipeLine，只关注传给AI的图像分辨率，显示的分辨率
pl=PipeLine(rgb888p_size=rgb888p_size,display_size=display_size,display_mode=display_mode)
pl.create()
fp=FaceParse(face_det_kmodel_path,face_parse_kmodel_path,det_input_size=face_det_input_size,parse_input_size=face_parse_input_size,anchors=anchors,confidence_threshold=confidence_threshold,nms_threshold=nms_threshold,rgb888p_size=rgb888p_size,display_size=display_size)
try:
while True:
os.exitpoint()
with ScopedTiming("total",1):
img=pl.get_frame() # 获取当前帧
det_boxes,parse_res=fp.run(img) # 推理当前帧
fp.draw_result(pl,det_boxes,parse_res) # 绘制当前帧推理结果
pl.show_image() # 展示推理效果
gc.collect()
except Exception as e:
sys.print_exception(e)
finally:
fp.face_det.deinit()
fp.face_parse.deinit()
pl.destroy()
4.实验结果
点击运行代码后，可以在显示屏上看到人脸分割的结果。如下所示：
