AI项目五：结印动作识别

若该文为原创文章，转载请注明原文出处。

感谢恩培大佬对项目进行了完整的实现，并将代码进行开源，供大家交流学习。

恩培大佬开源地址，有兴趣的可以去复现一下。GitHub - enpeizhao/CVprojects: computer vision projects | 计算机视觉相关好玩的AI项目（Python、C++）

一、介绍

从恩培大佬的git上看到的小项目《火影结印识别》，发现大佬开源的代码是需要GPU的，本人电脑没有GPU，环境安装好了，没复现成功，所以取巧使用yolov5的方式实现一样的功能。

yolov5安装及训练前面有提及，不熟悉yolov5训练可以看前面文章。

二、训练集

准备素材，训练的手势共有七种，每种采集30张图片，并使用lableImg标注所有图片。

label标签

三、训练

训练使用的是AutoDL云端训练，样本不多，训练大概20-30分钟，用的是3090显卡。

这有有个注意的，直接使用AutoDL提供的镜像训练出来的pt文件一直识别检测不到，所以又换回yolov5-5版本，训练出来正常。

效果还行，想要复现就得自己训练。

四、代码

1、生成字幕需要的中文PNG图片

PNG图片是为了把识别到的字显示出来，使用OPENCV不好显示中心，所以提前准备好png直接在视频内叠加PNG图片。

'''
生成字幕需要的中文PNG图片
'''
 
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont
 
def generate(name='你好',color_label='green'):
 
    filename = './png_label/'+name+'.png'
   
    # 背景
    bg = Image.new("RGBA",(400,100),(0,0,0,0))
    # 添加文字
    d = ImageDraw.Draw(bg)
    font  = ImageFont.truetype('./fonts/MSYH.ttc',80,encoding="utf-8")
 
    if color_label == 'green':
        color = (0,255,0,255)
    else:
        color = (255,0,0,255)
        
 
    d.text((0,0),name,font=font,fill=color)
    # 保存
    bg.save(filename)
 
    print('ok: '+ name)
 
        
generate('火遁豪火球之术','red')

运行后，会生成PNG图片。

2、完整代码

import ctypes
import cv2
import numpy as np
import time
 
# 多进程
from multiprocessing import Process, Value
import threading
 
import torch
import sys
from playsound import playsound
 
 
class Ai_tello:
    def __init__(self):
        # ************************************ 绘制 相关 *********************************
        self.png_dict = {}
        # 获取
        self.getPngList()
 
        # 加载 yolov5模型
        self.model = torch.hub.load('./yolov5', 'custom', './weights/pose.pt',source='local') 
        # 置信度阈值
        self.model.conf = 0.5
        print('self.model.conf = 0.5')
 
        self.take_off_time = None
        # 结印动作顺序
        self.yolo_action_seq = ['ani_1', 'ani_2','ani_3', 'ani_4', 'ani_5', 'ani_6', 'ani_7']
        # 状态机，1表示当前动作已做完（击中）
        self.yolo_action_status = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
 
    def getPngList(self):
        '''
        读取PNG图片，追加进png_dict
        '''
        palm_action = {'ani_1': '巳', 'ani_2': '未', 'ani_3': '申',
            'ani_4': '亥', 'ani_5': '午', 'ani_6': '寅', 'ani_7':'火遁豪火球之术'}
 
        for name in palm_action.values():
            filename = './png_label/'+name+'.png'
            png_img = self.readPngFile(filename, 0.9)
            self.png_dict[name] = png_img
 
        print('PNG文字标签加载完毕')
        
    def playVoice(self, fileName,mode):
        """
        播放音乐
        """
        playsound(fileName)
        
    def backPlay(self,fileName):
        """
        后台播放
        """
        t = threading.Thread(target=self.playVoice, args=(fileName,'voice'))
        t.start()
 
    def readPngFile(self, fileName, scale=0.5):
        '''
        读取PNG图片
        '''
        # 解决中文路径问题
        png_img = cv2.imdecode(np.fromfile(fileName, dtype=np.uint8), -1)
        # 转为BGR，变成3通道
        png_img = cv2.cvtColor(png_img, cv2.COLOR_RGB2BGR)
        png_img = cv2.resize(png_img, (0, 0), fx=scale, fy=scale)
        return png_img
 
    def addOverylay(self, frame, overlay, l, t):
        '''
        添加标签png覆盖
        '''
        # 解决l、t超界
        l = max(l, 0)
        t = max(t, 0)
        # 覆盖显示
        overlay_h, overlay_w = overlay.shape[:2]
        # 覆盖范围
        overlay_l, overlay_t = l, t
        overlay_r, overlay_b = (l + overlay_w), (overlay_t+overlay_h)
        # 遮罩
        overlay_copy = cv2.addWeighted(
            frame[overlay_t:overlay_b, overlay_l:overlay_r], 1, overlay, 20, 0)
            
        frame[overlay_t:overlay_b, overlay_l:overlay_r] = overlay_copy
 
    
    def cameraProcess(self):
        '''
        视频流处理：动作识别、绘制等
        '''
        print('cameraProcess');
        cap = cv2.VideoCapture(0)
        # 动作
        palm_action = {'ani_1':'巳','ani_2':'未','ani_3':'申','ani_4':'亥','ani_5':'午','ani_6':'寅','ani_7':'火遁豪火球之术'}
    
        triger_time = time.time()
    
        while True:
           
            # 读取视频帧
            ret,frame = cap.read()
            if frame is None:
                continue;
 
            frame = cv2.flip(frame, 1)
 
            
            # 转为RGB
            img_cvt = cv2.cvtColor(frame,cv2.COLOR_BGR2RGB)
         
            if self.take_off_time != None:  
                if time.time() - triger_time >= 2:
                    label_zh = palm_action['ani_7']
                    overlay = self.png_dict[label_zh]
                    self.addOverylay(frame,overlay,l,200)
            else:
                # 目标检测推理
                results = self.model(img_cvt)
                results_arr = results.pandas().xyxy[0].to_numpy()
 
                # 解析目标检测结果
                for item in results_arr:
 
                    # 标签ID
                    ret_label_id = item[-2]
                    # 标签名称
                    ret_label_text = item[-1]
                    # 置信度
                    ret_conf = item[-3]
                
 
                    # ani_1,ani_2....ani_6
                    # 结印动作，且置信度要求高一些
                    if 'ani_' in  ret_label_text and ret_conf >= 0.7:
 
                        l,t,r,b = item[:4].astype('int')
                        # 绘制
                        cv2.rectangle(frame,(l,t),(r,b),(0,255,20),2)
                        # 绘制动作中文png                        
                        label_zh = palm_action[ret_label_text]
                        print(ret_label_text)
                        # 拿到对应中文文字的数组图片
                        overlay = self.png_dict[label_zh]
                        # 覆盖绘制
                        self.addOverylay(frame,overlay,l,t-100)
                        cv2.putText(frame,'{}%'.format(round(ret_conf*100,2)),(l+80,t-20),cv2.FONT_ITALIC,1.5,(255,0,255),2)
 
 
                        # 状态机列表中第一个0的索引
                        first_0_index = next(i for i,x in enumerate(self.yolo_action_status) if x == 0 )
                        # 对应动作名 ['ani_1', 'ani_2','ani_3', 'ani_4', 'ani_5', 'ani_6']
                        check_action_name = self.yolo_action_seq[first_0_index]
 
                        # 动作匹配
                        if ret_label_text == check_action_name:
                            # 赋值1
                            self.yolo_action_status[first_0_index] = 1
                            # 检查是否完毕
                            if self.yolo_action_status == [1,1,1,1,1,1,1]:
 
                                self.take_off_time = time.time()
                                print('动作全部匹配完')
                                
                                self.backPlay('火遁豪火球.mp3')
                                
                                # 计时
                                triger_time = time.time()
 
                            else:
                                print('击中一个动作，当前列表为'+str(self.yolo_action_status))
                        else:
                            print('未击中动作，当前列表为'+str(self.yolo_action_status))
                
            cv2.imshow('demo', frame)
            if cv2.waitKey(10) & 0xFF == ord('q'):
                break
            
        cv2.destroyAllWindows()
 
 
if __name__ == '__main__':
 
    # 实例化
    ai_tello = Ai_tello()
    ai_tello.cameraProcess()

代码有几个需要注意的：

一、加载 yolov5模型

加载 yolov5模型时，有可能出错，遇到的问题是版本不同，使用的是yolov5-5版本训练的，加载的文件不是，出错。

二、识别流程

识别采用的状态机方式，即事先定义一下数组【0，0，0，0，0，0，0】共7个元素，

当检测到对应动作时就置1，当数组全部为1时，就播放声音。

五、效果演示

《结印识别之火球之术》_哔哩哔哩_bilibili

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