我們可以看到圖像中每個感興趣的邊界框，并為它們分配一個類標(biāo)簽。物體檢測最常見的應(yīng)用是人臉識別、口罩檢測等。因此，我們將構(gòu)建一個口罩檢測器來檢測人是否戴口罩。在 COVID 情況下，為了解決當(dāng)前場景的問題，使用技術(shù)將自動執(zhí)行檢測任務(wù)，并避免手動檢查違規(guī)者。

在今天的教程中，我們將學(xué)習(xí)如何使用強(qiáng)大的云平臺Edge Impulse構(gòu)建我們自己的口罩檢測模型，通過該平臺我們在 NVIDIA Jetson 板上部署經(jīng)過訓(xùn)練的模型，并將其與 CSI 攝像頭傳感器連接以捕獲實(shí)時圖像。本教程可以應(yīng)用來自您自己的圖像數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)集或來自Kaggle的標(biāo)記公共數(shù)據(jù)集。圖像數(shù)據(jù)集有兩個類，分別是with_mask和without_mask。

在本教程結(jié)束時，您將能夠：

使用Edge Impulse平臺收集用于實(shí)時檢測的良好數(shù)據(jù)集

數(shù)據(jù)標(biāo)注

使用Edge Impulse訓(xùn)練口罩檢測模型

在 NVIDIA Jetson 板上部署對象檢測

要求

我們的項目將需要以下內(nèi)容：

所需硬件：

NVIDIA Jetson 板（這里我們將使用Xavier NX 開發(fā)工具包）

筆記本電腦或獨(dú)立 PC

對于實(shí)時攝像頭演示，需要 Raspberry Pi 攝像頭模塊等攝像頭。在這里，我們將使用Arducam Complete High Quality Camera Bundle。

所需軟件：

邊緣脈沖帳戶。

一些TinyML和深度學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)是有幫助的，但不是必需的。

要無頭運(yùn)行 NVIDIA Jetson Nano 板（不帶顯示器），請從您的筆記本電腦設(shè)置 SSH 訪問或 RDP 連接。

熟悉Linux命令行，bash之類的shell，nano之類的編輯器。

NVIDIA Jetson Xavier NX 開發(fā)者套件

在這里，我將使用 Nvidia Xavier NX 板。與 Jetson Nano 相比，Xavier NX 的速度要快兩到七倍，具體取決于應(yīng)用。

在 NVIDIA Jetson 主板上安裝 Edge Impulse

Edge Impulse是一個基于云的平臺。使用 Edge Impulse 平臺，用戶無需深入了解編程或 AI、ML 概念即可訓(xùn)練他們的 AI、ML 模型。

要使用Edge Impulse訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，請創(chuàng)建一個Edge Impulse帳戶，驗(yàn)證您的帳戶，然后開始一個新項目。

在開始任何事情之前，最好更新所有內(nèi)容。您可以通過輸入以下命令來做到這一點(diǎn)。

?

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

?

同樣在我們開始之前，將您的相機(jī)模塊連接到您的 Nvidia Jetson 板上的 CSI 端口。然后，要在 Nvidia Jetson 板上使用 Edge Impulse，您首先必須安裝 Edge Impulse 及其依賴項。

從終端運(yùn)行：

?

wget -q -O - https://cdn.edgeimpulse.com/firmware/linux/jetson.sh | bash

?

您應(yīng)該得到如下所示的響應(yīng)。

?

+ edge-impulse-linux@1.3.3
added 347 packages from 416 contributors in 68.138

?

現(xiàn)在，使用以下命令運(yùn)行 Edge Impulse：

?

edge-impulse-linux

?

您將被要求登錄您的 Edge Impulse 帳戶。然后系統(tǒng)會要求您選擇一個項目，最后選擇一個麥克風(fēng)和攝像頭以連接到該項目。

?

Edge Impulse Linux client v1.3.3
? What is your user name or e-mail address (edgeimpulse.com)? 
com
? What is your password? [hidden]

? Select a microphone (or run this command with --disable-microphone to skip sel
ection) jetson-xaviernx - jetson-xaviernx-ape
[SER] Using microphone hw:1,0
[SER] Using camera CSI camera starting...
[SER] Connected to camera
[WS ] Connecting to wss://remote-mgmt.edgeimpulse.com
[WS ] Connected to wss://remote-mgmt.edgeimpulse.com
? What name do you want to give this device? Jetson
[WS ] Device "Jetson" is now connected to project "shakhizat-project-1"
[WS ] Go to https://studio.edgeimpulse.com/studio/45666/acquisition/training to build your machine learning model!

?

現(xiàn)在，您已在 Nvidia Jetson 板上成功安裝 Edge Impulse。

如果一切正常，您應(yīng)該在 Edge Impulse 的設(shè)備部分看到以下內(nèi)容：

數(shù)據(jù)收集

對于這個口罩檢測項目，我們應(yīng)該收集模仿真實(shí)情況的圖像數(shù)據(jù)集。我們應(yīng)該為每個班級收集足夠的圖像。您可以使用手機(jī)、Nvidia Jetson 板來收集樣本，也可以將圖像上傳到邊緣脈沖帳戶。

要加載樣本，請單擊Edge Impulse 的數(shù)據(jù)采集部分。

然后，單擊讓我們收集一些數(shù)據(jù)按鈕。

由于我們要訓(xùn)練和測試圖像數(shù)據(jù)集，我們應(yīng)該將其拆分為 80-20。

對于面罩檢測，我們需要我們的邊界框來分類我們的類。因此，我們需要使用 Edge Impulse 標(biāo)注工具對圖像進(jìn)行標(biāo)注。

1 / 2

如果您有很多圖像和類，則此過程需要時間。

理想情況下，建議從Kaggle獲取面罩?jǐn)?shù)據(jù)集。這個用于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)集以及它們的 PASCAL VOC 格式的邊界框已經(jīng)過注釋。Pascal VOC 是一個 XML 文件，不像 COCO 有一個 JSON 文件，后者已成為對象檢測標(biāo)簽的常見交換格式。但是，Edge Impulse使用 JSON 格式的另一種格式。您可以使用此python 腳本將注釋從 Pascal VOC 轉(zhuǎn)換為Edge Impulse格式。

完整的項目可以從這里找到，由Peter Ing實(shí)施。一探究竟。

訓(xùn)練模型

現(xiàn)在我們已經(jīng)收集了口罩樣本，我們可以將它們傳遞給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并開始訓(xùn)練過程以自動檢測一個人是否戴口罩。所以打開 Edge Impulse 的Impulse設(shè)計部分。

當(dāng)我們的數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備好后，現(xiàn)在我們將為我們的數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個脈沖。為此，請轉(zhuǎn)到創(chuàng)建沖動部分。

單擊添加處理塊。

選擇圖像選項。

然后，單擊一個學(xué)習(xí)塊并添加對象檢測選項。

將其重命名為面罩檢測，然后單擊保存脈沖按鈕。

接下來，轉(zhuǎn)到Impulse design菜單項下的Images部分，然后單擊Generate Features選項卡，然后單擊Generate features按鈕。

之后，點(diǎn)擊Impulse design 菜單項下的Face mask detection部分，然后點(diǎn)擊頁面底部的Start training按鈕。在這里，我們使用了默認(rèn)的MobileNetV2 。如果需要，您可以使用不同的訓(xùn)練模型。

訓(xùn)練輸出：

?

Creating job... OK (ID: 2325943)
Scheduling job in cluster...
Job started
Splitting data into training and validation sets...
Splitting data into training and validation sets OK
Training model...
Training on 129 inputs, validating on 33 inputs
Building model and restoring weights for fine-tuning...
Finished restoring weights
Fine tuning...
Attached to job 2325943...
Epoch 1 of 50, loss=1.0996249, val_loss=1.2549742
Epoch 2 of 50, loss=0.5730881, val_loss=1.0309869
Epoch 3 of 50, loss=0.37260413, val_loss=0.88406265
Epoch 4 of 50, loss=0.2732575, val_loss=0.8300728
Epoch 5 of 50, loss=0.21881193, val_loss=0.7985368
Epoch 6 of 50, loss=0.1842412, val_loss=0.77767074
Epoch 7 of 50, loss=0.15971155, val_loss=0.75798315
Epoch 8 of 50, loss=0.141622, val_loss=0.74178046
Epoch 9 of 50, loss=0.12764679, val_loss=0.7201556
Epoch 10 of 50, loss=0.124089435, val_loss=0.7229701
Epoch 11 of 50, loss=0.13733643, val_loss=0.6930027
Epoch 12 of 50, loss=0.10552671, val_loss=0.68260795
Epoch 13 of 50, loss=0.09776387, val_loss=0.6571001
Epoch 14 of 50, loss=0.09269215, val_loss=0.65096503
Epoch 15 of 50, loss=0.08853194, val_loss=0.6398335
Epoch 16 of 50, loss=0.08513473, val_loss=0.6339971
Epoch 17 of 50, loss=0.08155578, val_loss=0.6237093
Epoch 18 of 50, loss=0.07958686, val_loss=0.62563324
Epoch 19 of 50, loss=0.08469187, val_loss=0.60824037
Epoch 20 of 50, loss=0.106107965, val_loss=0.65657234
Epoch 21 of 50, loss=0.08075548, val_loss=0.60204226
Epoch 22 of 50, loss=0.06780515, val_loss=0.61008215
Epoch 23 of 50, loss=0.07962225, val_loss=0.6042041
Epoch 24 of 50, loss=0.07898002, val_loss=0.62557745
Epoch 25 of 50, loss=0.07712146, val_loss=0.6038083
Epoch 26 of 50, loss=0.059002914, val_loss=0.604347
Epoch 27 of 50, loss=0.060714073, val_loss=0.598505
Epoch 28 of 50, loss=0.056586243, val_loss=0.6049032
Epoch 29 of 50, loss=0.06364094, val_loss=0.5943693
Epoch 30 of 50, loss=0.0693655, val_loss=0.6258873
Epoch 31 of 50, loss=0.06930919, val_loss=0.5844879
Epoch 32 of 50, loss=0.055322483, val_loss=0.60721684
Epoch 33 of 50, loss=0.053181175, val_loss=0.5940475
Epoch 34 of 50, loss=0.071890086, val_loss=0.6106543
Epoch 35 of 50, loss=0.09753211, val_loss=0.63664484
Epoch 36 of 50, loss=0.063474864, val_loss=0.5776911
Epoch 37 of 50, loss=0.056974597, val_loss=0.5894003
Epoch 38 of 50, loss=0.05551439, val_loss=0.5942682
Epoch 39 of 50, loss=0.07409478, val_loss=0.5911636
Epoch 40 of 50, loss=0.0580862, val_loss=0.61330724
Epoch 41 of 50, loss=0.057891976, val_loss=0.58406746
Epoch 42 of 50, loss=0.052040614, val_loss=0.61015534
Epoch 43 of 50, loss=0.051715873, val_loss=0.5831931
Epoch 44 of 50, loss=0.052400388, val_loss=0.6184015
Epoch 45 of 50, loss=0.057132762, val_loss=0.5842898
Epoch 46 of 50, loss=0.061072033, val_loss=0.6269493
Epoch 47 of 50, loss=0.0581602, val_loss=0.6031094
Epoch 48 of 50, loss=0.051550377, val_loss=0.6048402
Epoch 49 of 50, loss=0.05313967, val_loss=0.6296155
Epoch 50 of 50, loss=0.050658334, val_loss=0.6037806
Finished fine tuning
Checkpoint saved
Finished training
Creating SavedModel for conversion...
Attached to job 2325943...
Converting TensorFlow Lite float32 model...
Converting TensorFlow Lite int8 quantized model with int8 input and float32 output...
Calculating performance metrics...
Calculating inferencing time...
Attached to job 2325943...
Job completed

?

訓(xùn)練過程完成后，我們可以將訓(xùn)練好的Edge 脈沖圖像分類模型部署到 NVIDIA Jetson 板上。

下面的結(jié)果可視化：

在本教程中，您學(xué)習(xí)了如何使用Edge Impulse構(gòu)建圖像數(shù)據(jù)集，如何構(gòu)建用于檢測這些圖像中的面罩的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以及如何將該模型部署到 NVIDIA Jetson 板等邊緣設(shè)備并在其中進(jìn)行測試一個真實(shí)的時間。簡而言之，Edge Impulse是非編碼人員開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)模型的絕佳平臺。強(qiáng)烈推薦。

參考

邊緣脈沖對象檢測初學(xué)者指南

在 Raspberry Pi 上使用 Edge Impulse TinyML 進(jìn)行對象分類

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