姿態(tài)檢測(cè)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的一個(gè)活躍研究領(lǐng)域。你可以從字面上找到數(shù)百篇研究論文和幾個(gè)試圖解決姿勢(shì)檢測(cè)問(wèn)題的模型。

之所以有如此多的機(jī)器學(xué)習(xí)愛(ài)好者被姿勢(shì)估計(jì)所吸引，是因?yàn)樗�的�?yīng)用范圍很廣，而且實(shí)用性很強(qiáng)。

在本文中，我們將介紹一種使用機(jī)器學(xué)習(xí)和 Python 中一些非常有用的庫(kù)進(jìn)行姿勢(shì)檢測(cè)和估計(jì)的應(yīng)用。

什么是姿態(tài)估計(jì)？

姿態(tài)估計(jì)是一種跟蹤人或物體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)。這通常通過(guò)查找給定對(duì)象的關(guān)鍵點(diǎn)位置來(lái)執(zhí)行。基于這些關(guān)鍵點(diǎn)，我們可以比較各種動(dòng)作和姿勢(shì)并得出見(jiàn)解。姿態(tài)估計(jì)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、動(dòng)畫、游戲和機(jī)器人領(lǐng)域得到了積極的應(yīng)用。

目前有幾種模型可以執(zhí)行姿態(tài)估計(jì)。下面給出了一些姿勢(shì)估計(jì)的方法：

1．Open pose

2．Pose net

3．Blaze pose

4．Deep Pose

5．Dense pose

6．Deep cut

選擇任何一種模型而不是另一種可能完全取決于應(yīng)用程序。此外，運(yùn)行時(shí)間、模型大小和易于實(shí)現(xiàn)等因素也可能是選擇特定模型的各種原因。因此，最好從一開(kāi)始就了解你的要求并相應(yīng)地選擇模型。

在本文中，我們將使用 Blaze pose檢測(cè)人體姿勢(shì)并提取關(guān)鍵點(diǎn)。該模型可以通過(guò)一個(gè)非常有用的庫(kù)輕松實(shí)現(xiàn)，即眾所周知的Media Pipe。

Media Pipe——Media Pipe是一個(gè)開(kāi)源的跨平臺(tái)框架，用于構(gòu)建多模型機(jī)器學(xué)習(xí)管道。它可用于實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)、多手跟蹤、頭發(fā)分割、對(duì)象檢測(cè)和跟蹤等前沿模型。

Blaze Pose Detector ——大部分姿態(tài)檢測(cè)依賴于由 17 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)組成的 COCO 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而B(niǎo)laze姿態(tài)檢測(cè)器預(yù)測(cè) 33 個(gè)人體關(guān)鍵點(diǎn)，包括軀干、手臂、腿部和面部。包含更多關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)于特定領(lǐng)域姿勢(shì)估計(jì)模型的成功應(yīng)用是必要的，例如手、臉和腳。每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)都使用三個(gè)自由度以及可見(jiàn)性分?jǐn)?shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。Blaze Pose是亞毫秒模型，可用于實(shí)時(shí)應(yīng)用，其精度優(yōu)于大多數(shù)現(xiàn)有模型。該模型有兩個(gè)版本：Blazepose lite 和 Blazepose full，以提供速度和準(zhǔn)確性之間的平衡。

Blaze 姿勢(shì)提供多種應(yīng)用程序，包括健身和瑜伽追蹤器。這些應(yīng)用程序可以通過(guò)使用一個(gè)額外的分類器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如我們將在本文中構(gòu)建的分類器。

2D 與 3D 姿態(tài)估計(jì)

姿勢(shì)估計(jì)可以在 2D 或 3D 中完成。2D 姿態(tài)估計(jì)通過(guò)像素值預(yù)測(cè)圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)。而3D姿態(tài)估計(jì)是指預(yù)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的三維空間排列作為其輸出。

為姿態(tài)估計(jì)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)集

我們?cè)谏弦还?jié)中了解到，人體姿勢(shì)的關(guān)鍵點(diǎn)可以用來(lái)比較不同的姿勢(shì)。在本節(jié)中，我們將使用Media Pipe庫(kù)本身來(lái)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)集。我們將拍攝兩個(gè)瑜伽姿勢(shì)的圖像，從中提取關(guān)鍵點(diǎn)并將它們存儲(chǔ)在一個(gè) CSV 文件中。

該數(shù)據(jù)集包含 5 個(gè)瑜伽姿勢(shì)，但是，在本文中，我只采用了兩個(gè)姿勢(shì)。如果需要，你可以使用所有這些，程序?qū)⒈３植蛔儭?/p>

在上面的代碼片段中，我們首先導(dǎo)入了有助于創(chuàng)建數(shù)據(jù)集的必要庫(kù)。然后在接下來(lái)的四行中，我們將導(dǎo)入提取關(guān)鍵點(diǎn)所需的模塊及其繪制工具。

接下來(lái)，我們創(chuàng)建一個(gè)空的 Pandas 數(shù)據(jù)框并輸入列。這里的列包括由Blaze姿態(tài)檢測(cè)器檢測(cè)到的 33 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)包含四個(gè)屬性，即關(guān)鍵點(diǎn)的 x 和 y 坐標(biāo)（從 0 到 1 歸一化），z 坐標(biāo)表示以臀部為原點(diǎn)且與 x 的比例相同的地標(biāo)深度，最后是可見(jiàn)度分?jǐn)?shù)。可見(jiàn)性分?jǐn)?shù)表示地標(biāo)在圖像中可見(jiàn)或不可見(jiàn)的概率。

count ＝ 0
for img in os．listdir（path）：
       temp ＝ ［］
       img ＝ cv2．imread（path ＋ ＂／＂ ＋ img）
       imageWidth， imageHeight ＝ img．shape［：2］
       imgRGB ＝ cv2．cvtColor（img， cv2．COLOR＿BGR2RGB）
       blackie ＝ np．zeros（img．shape） ＃ Blank image
       results ＝ pose．process（imgRGB）
       if results．pose＿landmarks：

＃ mpDraw．draw＿landmarks（img， results．pose＿landmarks， mpPose．POSE＿CONNECTIONS） ＃draw landmarks on image

mpDraw．draw＿landmarks（blackie， results．pose＿landmarks， mpPose．POSE＿CONNECTIONS） ＃ draw landmarks on blackie

landmarks ＝ results．pose＿landmarks．landmark

for i，j in zip（points，landmarks）：

temp ＝ temp ＋ ［j．x， j．y， j．z， j．visibility］

data．loc［count］ ＝ temp

count ＋＝1
       cv2．imshow（＂Image＂， img）
       cv2．imshow（＂blackie＂，blackie）
       cv2．waitKey（100）

data．to＿csv（＂dataset3．csv＂） ＃ save the data as a csv file

在上面的代碼中，我們單獨(dú)遍歷姿勢(shì)圖像，使用Blaze姿勢(shì)模型提取關(guān)鍵點(diǎn)并將它們存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)組“temp”中。

迭代完成后，我們將這個(gè)臨時(shí)數(shù)組作為新記錄添加到我們的數(shù)據(jù)集中。你還可以使用Media Pipe本身中的繪圖實(shí)用程序來(lái)查看這些地標(biāo)。

在上面的代碼中，我在圖像以及空白圖像“blackie”上繪制了這些地標(biāo)，以僅關(guān)注Blaze姿勢(shì)模型的結(jié)果�？瞻讏D像“blackie”的形狀與給定圖像的形狀相同。

應(yīng)該注意的一件事是，Blaze姿態(tài)模型采用 RGB 圖像而不是 BGR（由 OpenCV 讀�。�。

獲得所有圖像的關(guān)鍵點(diǎn)后，我們必須添加一個(gè)目標(biāo)值，作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的標(biāo)簽。你可以將第一個(gè)姿勢(shì)的目標(biāo)值設(shè)為 0，將另一個(gè)設(shè)為 1。之后，我們可以將這些數(shù)據(jù)保存到 CSV 文件中，我們將在后續(xù)步驟中使用該文件創(chuàng)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

你可以從上圖中觀察數(shù)據(jù)集的外觀。

創(chuàng)建姿勢(shì)估計(jì)模型

現(xiàn)在我們已經(jīng)創(chuàng)建了我們的數(shù)據(jù)集，我們只需要選擇一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)對(duì)姿勢(shì)進(jìn)行分類。在這一步中，我們將拍攝一張圖像，運(yùn)行 blaze 姿勢(shì)模型（我們之前用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)集）以獲取該圖像中人物的關(guān)鍵點(diǎn)，然后在該測(cè)試用例上運(yùn)行我們的模型。

該模型有望以高置信度給出正確的結(jié)果。在本文中，我將使用 sklearn 庫(kù)中的 SVC（支持向量分類器）來(lái)執(zhí)行分類任務(wù)。

from sklearn．svm import SVC

data ＝ pd．read＿csv（＂dataset3．csv＂）

X，Y ＝ data．iloc［：，：132］，data［＇target＇］

model ＝ SVC（kernel ＝ ＇poly＇）

model．fit（X，Y）

mpPose ＝ mp．solutions．pose

pose ＝ mpPose．Pose（）

mpDraw ＝ mp．solutions．drawing＿utils

path ＝ ＂enter image path＂

img ＝ cv2．imread（path）

img ＝ cv2．cvtColor（img， cv2．COLOR＿BGR2RGB）

results ＝ pose．process（imgRGB）

if results．pose＿landmarks：
       landmarks ＝ results．pose＿landmarks．landmark
       for j in landmarks：

temp ＝ temp ＋ ［j．x， j．y， j．z， j．visibility］
       y ＝ model．predict（［temp］）
       if y ＝＝ 0：

asan ＝ ＂plank＂
       else：

asan ＝ ＂goddess＂

print（asan）
       cv2．putText（img， asan， （50，50）， cv2．FONT＿HERSHEY＿SIMPLEX，1，（255，255，0），3）
       cv2．imshow（＂image＂，img）

在上面的代碼行中，我們首先從 sklearn 庫(kù)中導(dǎo)入了 SVC（支持向量分類器）。我們已經(jīng)用目標(biāo)變量作為 Y 標(biāo)簽訓(xùn)練了我們之前在 SVC 上構(gòu)建的數(shù)據(jù)集。

然后我們讀取輸入圖像并提取關(guān)鍵點(diǎn)，就像我們?cè)趧?chuàng)建數(shù)據(jù)集時(shí)所做的那樣。

最后，我們輸入臨時(shí)變量并使用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)�，F(xiàn)在可以使用簡(jiǎn)單的 if－else 條件檢測(cè)姿勢(shì)。

模型結(jié)果

從上面的圖像中，你可以觀察到模型已經(jīng)正確地對(duì)姿勢(shì)進(jìn)行了分類。你還可以在右側(cè)看到Blaze姿勢(shì)模型檢測(cè)到的姿勢(shì)。

在第一張圖片中，如果你仔細(xì)觀察，一些關(guān)鍵點(diǎn)是不可見(jiàn)的，但姿勢(shì)分類是正確的。由于Blaze姿態(tài)模型給出的關(guān)鍵點(diǎn)屬性的可見(jiàn)性，這是可能的。

結(jié)論

姿勢(shì)檢測(cè)是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個(gè)活躍研究領(lǐng)域，并提供了多種實(shí)際應(yīng)用。在本文中，我們嘗試開(kāi)發(fā)一個(gè)這樣的應(yīng)用程序，并通過(guò)姿勢(shì)檢測(cè)來(lái)解決問(wèn)題。

我們了解了姿勢(shì)檢測(cè)和幾個(gè)可用于姿勢(shì)檢測(cè)的模型。出于我們的目的選擇了 blaze 姿勢(shì)模型，并了解了它相對(duì)于其他模型的優(yōu)缺點(diǎn)。

最后，我們使用 sklearn 庫(kù)中的支持向量分類器構(gòu)建了一個(gè)分類器來(lái)對(duì)瑜伽姿勢(shì)進(jìn)行分類。為此，我們還構(gòu)建了自己的數(shù)據(jù)集，可以使用更多圖像進(jìn)一步擴(kuò)展。

你也可以嘗試其他機(jī)器學(xué)習(xí)算法而不是 SVM，并相應(yīng)地比較結(jié)果。