文章目录
0 简介
今天学长向大家分享一个毕业设计项目
毕业设计 基于机器视觉的人体姿态行为识别
项目运行效果：
毕业设计 深度学习人体姿势姿态识别
项目获取：
https://gitee.com/sinonfin/algorithm-sharing
1、人体姿态估计简介
人体姿态估计（Human Posture Estimation），是通过将图片中已检测到的人体关键点正确的联系起来，从而估计人体姿态。
人体关键点通常对应人体上有一定自由度的关节，比如颈、肩、肘、腕、腰、膝、踝等，如下图。
通过对人体关键点在三维空间相对位置的计算，来估计人体当前的姿态。
进一步，增加时间序列，看一段时间范围内人体关键点的位置变化，可以更加准确的检测姿态，估计目标未来时刻姿态，以及做更抽象的人体行为分析，例如判断一个人是否在打电话等。
人体姿态检测的挑战：
1. 每张图片中包含的人的数量是未知的。
2. 人与人之间的相互作用是非常复杂的，比如接触、遮挡等，这使得联合各个肢体，即确定一个人有哪些部分变得困难。
3. 图像中人越多，计算复杂度越大（计算量与人的数量正相关），这使得实时检测变得困难。
2、人体姿态估计数据集
由于缺乏高质量的数据集，在人体姿势估计方面进展缓慢。在近几年中，一些具有挑战性的数据集已经发布，这使得研究人员进行研发工作。人体姿态估计常用数据集：
- COCO Keypoints challenge
- MPII Human Pose Dataset
- VGG Pose Dataset
- CMU Panoptic Dataset（本案例所用数据集）
。
人体姿态估计技术在体育健身、动作采集、3D试衣、舆情监测等领域具有广阔的应用前景，人们更加熟悉的应用就是抖音尬舞机。
4、实现原理
- 输入一幅图像，经过卷积网络提取特征，得到一组特征图，然后分成两个岔路，分别使用 CNN网络提取Part Confidence Maps 和 Part Affinity Fields；
- 得到这两个信息后，我们使用图论中的 Bipartite Matching（偶匹配） 求出Part Association，将同一个人的关节点连接起来，由于PAF自身的矢量性，使得生成的偶匹配很正确，最终合并为一个人的整体骨架；
- 最后基于PAFs求Multi-Person Parsing—>把Multi-person parsing问题转换成graphs问题—>[Hungarian Algorithm(匈牙利算法)]
（匈牙利算法是部图匹配最常见的算法，该算法的核心就是寻找增广路径，它是一种用增广路径求二分图最大匹配的算法。)
5、实现神经网络
阶段一：VGGNet的前10层用于为输入图像创建特征映射。
阶段二：使用2分支多阶段CNN，其中第一分支预测身体部位位置（例如肘部，膝部等）的一组2D置信度图（S）。 如下图
第二分支预测一组部分亲和度的2D矢量场（L），其编码部分之间的关联度。 如下图所示，显示颈部和左肩之间的部分亲和力。
阶段三： 通过贪心推理解析置信度和亲和力图，对图像中的所有人生成2D关键点。
6 部分关键代码
POSE_PAIRS = [ ["Neck", "RShoulder"], ["Neck", "LShoulder"], ["RShoulder", "RElbow"],
["RElbow", "RWrist"], ["LShoulder", "LElbow"], ["LElbow", "LWrist"],
["Neck", "RHip"], ["RHip", "RKnee"], ["RKnee", "RAnkle"], ["Neck", "LHip"],
["LHip", "LKnee"], ["LKnee", "LAnkle"], ["Neck", "Nose"], ["Nose", "REye"],
["REye", "REar"], ["Nose", "LEye"], ["LEye", "LEar"] ]
inWidth = args.width
inHeight = args.height
net = cv.dnn.readNetFromTensorflow("graph_opt.pb")
cap = cv.VideoCapture(args.input if args.input else 0)
while cv.waitKey(1) < 0:
hasFrame, frame = cap.read()
if not hasFrame:
cv.waitKey()
break
frameWidth = frame.shape[1]
frameHeight = frame.shape[0]
net.setInput(cv.dnn.blobFromImage(frame, 1.0, (inWidth, inHeight), (127.5, 127.5, 127.5), swapRB=True, crop=False))
out = net.forward()
out = out[:, :19, :, :] # MobileNet output [1, 57, -1, -1], we only need the first 19 elements
assert(len(BODY_PARTS) == out.shape[1])
points = []
for i in range(len(BODY_PARTS)):
# Slice heatmap of corresponging body's part.
heatMap = out[0, i, :, :]
# Originally, we try to find all the local maximums. To simplify a sample
# we just find a global one. However only a single pose at the same time
# could be detected this way.
_, conf, _, point = cv.minMaxLoc(heatMap)
x = (frameWidth * point[0]) / out.shape[3]
y = (frameHeight * point[1]) / out.shape[2]
# Add a point if it's confidence is higher than threshold.
points.append((int(x), int(y)) if conf > args.thr else None)
for pair in POSE_PAIRS:
partFrom = pair[0]
partTo = pair[1]
assert(partFrom in BODY_PARTS)
assert(partTo in BODY_PARTS)
idFrom = BODY_PARTS[partFrom]
idTo = BODY_PARTS[partTo]
if points[idFrom] and points[idTo]:
cv.line(frame, points[idFrom], points[idTo], (0, 255, 0), 3)
cv.ellipse(frame, points[idFrom], (3, 3), 0, 0, 360, (0, 0, 255), cv.FILLED)
cv.ellipse(frame, points[idTo], (3, 3), 0, 0, 360, (0, 0, 255), cv.FILLED)
7 最后
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