使用OpenVINO实现人体动作识别

1.1 人体动作识别背景简介

        自从我在英特尔开始我的旅程以来已经有几个月了，我很高兴能与大家分享我一直在做的事情。今天，我将带你浏览我的第一个关于人体动作识别的OpenVINOTM Notebook。我希望你喜欢它，并且可以将它应用到你正在进行的开发中。

        在本博客中，您将了解如何使用 OpenVINO™ 工具套件以同步的方式进行实时人体动作识别。

        人体动作识别是一种 AI 功能，可以在录制或实时视频中查找和分类大量活动。例如：如果您有大量的家庭视频收藏，并且想要找到特定的记忆，如图1.1所示，那么人体动作识别是最简单、最快的方法。

        传统方法需要您花费大量精力和时间手动查看您拥有的每个视频，直到找到合适的视频。使用人体动作识别，您可以训练 AI 模型根据录制的活动为您自动分类和组织您的视频，从而在几秒钟内更轻松地找到和访问您最珍贵的记忆。

  图1.1  珍贵的家庭回忆

        人体动作识别也可以应用于制造业等企业。例如：为工人提供一种保证他们工作安全的解决方案，该方案能够识别工人正在执行任务和工人手势，并提醒管理人员可能存在的潜在危险。

这只是人体动作识别的几个应用场景。在接下来的几年里，我希望在这个领域看到更多新的和令人兴奋的应用案例。在运行这个OpenVINOTM Notebook后，若能激发您想到还有其它领域可以从人体动作识别功能中受益，请告诉我们。现在，让我们开始吧。

1.2 OpenVINOTM Notebook简介

          OpenVINOTM Notebook是开源免费的一系列Jupyter Notebook格式的OpenVINO TM范例程序。本文对应的OpenVINOTM Notebook范例是Live Action Recognition with OpenVINO™，如图1-2所示。

图1-2  Live Action Recognition with OpenVINO™

          Live Action Recognition with OpenVINO™基于DeepMind Kinetics-400人体动作视频数据集，它总共包含 400 个动作，包括

• 人的动作（例如，写作、喝酒、大笑）
• 人与人的动作（例如，拥抱、握手、玩耍）扑克）
• 人与物体的动作（骑摩托车、洗衣服、吹气球）

您还可以区分一组亲子互动，例如：编辫子或梳头、萨尔萨舞或机器人跳舞，以及拉小提琴或吉他，如图1.2所示。

图1.2  人体动作识别

        有关标签和数据集的更多信息，请参阅“The Kinetics Human Action Video Dataset”研究论文。

        您可以使用普通计算机运行此OpenVINOTM Notebook范例程序，无需硬件加速器。使用 OpenVINOTM 工具套件的好处在于：它设计为在边缘工作，因此可以针对边缘运行，优化您的AI模型，以便在GPU、CPU 或VPU上高效运行。

        您可以使用各种视频源，例如：来自 URL、本地存储的文件或网络摄像头源。

1.3 动作识别模型简介

        本文使用Open Model Zoo的Action Recognition模型库，它提供了各种各样的预训练深度学习模型和演示应用程序。本文使用的模型 action-recognition-0001，这是一个基于 Video Transformer，具有 ResNet34 架构的模型，如图1.3所示。

图1.3 人体行为识别模型流程图

     action-recognition-0001模型含两个关键组件：

• 编码器，基于 PyTorch 框架，输入形状为 [1x3x224x224]，表示批尺寸大小为1，颜色通道为3，图像尺寸为 224 x 224 像素；输出形状为 [1x512x1x1]，表示内嵌的已处理帧。
• 解码器，同样基于 PyTorch 框架，输入形状为 [1x16x512]，表示批尺寸大小为1，一秒内处理 16 帧，内嵌数据为 512。

    我选择每秒 16 帧进行分析——因为这是Kinetics-400 作者找到类别分数的平均帧数。如图1.2中的 GIF 所示，对帧进行预处理以及分析中心裁剪的图像。

    编码器和解码器都创建了一个序列到序列 (Seq2Seq) 系统来识别 Kinetics-400 数据集的人体动作。由于没有过量的标注信息，模型性能是最好的，它可以帮助我们理解处理工作流程

     了解了上述基础信息后，您可以按照以下步骤开始识别您自己的视频：

1. 准备OpenVINO Notebooks运行环境。
2. 准备您的视频源、网络摄像头或视频文件以及您想要检测的常见活动。考虑通过检查数据集标签来检测动作名称。
3. 在您的计算机上打开一个 Jupyter Notebook。该Notebook可以在 Windows、MacOS 和 Ubuntu 下通过不同的互联网浏览器运行。

1.4 实现实时动作识别

现在，我将向您展示如何使用 OpenVINO™ 实现实时动作识别。

1.4.1 下载模型

        我们使用 Open Model Zoo 工具，例如：omz_downloader，来下载Open Model Zoo中的预训练模型。omz_downloader是一个命令行工具，可以自动创建目录结构并下载选定的模型。

        使用omz_downloader工具下载 Open Model Zoo的“action-recognition-0001”模型，如图1.4所示。

图1.4  下载action-recognition-0001模型

1.4.2 初始化模型

        在执行推理计算前，需要先初始化推理引擎，然后从模型文件中读取网络和权重，并将模型加载到所选设备（本文例子中是 CPU）上，最后获取模型的输入和输出节点，如图1.5所示。

图1.5  初始化模型

1.4.3 辅助函数

        您需要一些辅助函数来帮您将执行结果可视化，例如：创建一个以裁剪为中心的 ROI，调整图像大小，并在每一帧中放置文本信息。

1.4.4 AI函数

        这里将依次实现AI推理计算。

        第一步： 在运行编码器之前对每帧图像进行预处理（预处理）。在将帧传入编码器之前，请先准备好图像：

1. 将图像放缩到编码器输入尺寸，即[224,224]
2. 将放缩后的图像进行中心裁剪，并使其长宽相等
3. 将颜色通道从HWC变为CHW

具体代码实现，如图1.6所示。

图1.6  图像预处理

        第二步，执行编码器模型推理计算。encoder()函数调用已编译模型（compiled_model），执行推理计算，然后从输出节点提取推理计算结果，并以列表形式以供解码器使用，如图1.7所示。

图1.7  执行编码器模型推理计算

        第三步，执行解码器模型推理计算。decoder()函数将来自编码器输出的16帧的嵌入层连接在一起，然后转置数组以匹配解码器输入尺寸。它调用已编译好的解码器模型 (compiled_model_de)，提取 logits，并将logits标准化以获得沿指定轴的置信度值。最后，它将最高概率解码为相应的标签名称，如图1.8所示。

图1.8  执行解码器模型推理计算

1.4.5 完整执行整个程序

        现在，我们可以直接执行整个完整的人体动作识别程序。

 Human Action Recognition with OpenVINO™程序链接：openvino_notebooks/403-action-recognition-webcam.ipynb at main · openvinotoolkit/openvino_notebooks · GitHub

        首先，选择您要为其运行完整工作流程的视频。

video_file = "https://archive.org/serve/ISSVideoResourceLifeOnStation720p/ISS%20Video%20Resource_LifeOnStation_720p.mp4"
run_action_recognition(source=video_file, flip=False, use_popup=False, skip_first_frames=600)

        然后，选择网络摄像头并再次运行完整的工作流程。

run_action_recognition(source=0, flip=False, use_popup=False, skip_first_frames=0)

    恭喜！你已经做到了。我希望您发现这个主题对您的应用程序开发有趣和有用。😉

要了解有关 OpenVINO 工具包及其功能的更多信息，请访问https://www.openvino.ai/。如需更多动手 AI 培训，请查看我们的AI Dev Team Adventures。

本文对应的英文原文链接：https://medium.com/@paularamos_5416/human-action-recognition-with-openvino-toolkit-f1b530af33e5

1.5 关于作者：

        大家好！我叫Paula Ramos。自 2000 年代初以来，我是一名 AI 爱好者并一直从事计算机视觉工作。开发创新的集成工程技术是我的热情所在。我喜欢开发并部署可以被人用来解决真是世界里面真实问题的解决方案。如果您想分享您对我们如何改进社区内容的想法，请给我留言！😉 我很高兴听到您的反馈。

1.6 声明和免责声明

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