实时单人姿态估计，在自己手机上就能实现 : ) 安卓和iOS都可以哦～

本文介绍了如何使用 TensorFlow 在智能机上（包括安卓和 iOS 设备）执行实时单人姿态估计。

GitHub 地址：https://github.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile

该 repo 使用TensorFlow实现 CPM 和 Hourglass 模型。这里未使用常规的卷积，而是在模型内部使用了反向卷积（又叫 Mobilenet V2），以便执行实时推断。

注：你可以修改网络架构，来训练更高 PCKh 的模型。架构地址：https://github.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/tree/master/training/src

该库包含：

• 训练 CPM 和 Hourglass 模型的代码；

• 安卓 demo 的源代码；

• IOS demo 的源代码。

下面的 gif 是在 Mi Mix2s 上截取的（~60 FPS）

你可以下载以下 apk，在自己的设备上进行测试。

• PoseEstimation-Mace.apk：https://raw.githubusercontent.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/master/release/PoseEstimation-Mace.apk

• PoseEstimation-TFlite.apk：https://raw.githubusercontent.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/master/release/PoseEstimation-TFlite.apk

训练

依赖项

• Python3

• TensorFlow>= 1.4

• Mace

数据集

训练数据集：https://drive.google.com/open?id=1zahjQWhuKIYWRRI2ZlHzn65Ug_jIiC4l

将其解压缩，获取以下文件结构：

# root @ ubuntu in ~/hdd/ai_challenger
$ tree -L 1 ..
├── ai_challenger_train.json
├── ai_challenger_valid.json
├── train
└── valid

该训练数据集仅包含单人图像，数据来源是 AI Challenger 竞赛。共包含 22446 个训练样本和 1500 个测试样本。

该 repo 作者使用 tf-pose-estimation 库中的数据增强代码将标注迁移为 COCO 格式。tf-pose-estimation 库：https://github.com/ildoonet/tf-pose-estimation

超参数

训练步骤中，使用 experiments 文件夹中的 cfg 文件传输 超参数 。

以下是 mv2_cpm.cfg 文件的内容：

[Train]
model: 'mv2_cpm'
checkpoint: False
datapath: '/root/hdd/ai_challenger'
imgpath: '/root/hdd/'
visible_devices: '0, 1, 2'
multiprocessing_num: 8
max_epoch: 1000
lr: '0.001'
batchsize: 5
decay_rate: 0.95
input_width: 192
input_height: 192
n_kpoints: 14
scale: 2
modelpath: '/root/hdd/trained/mv2_cpm/models'
logpath: '/root/hdd/trained/mv2_cpm/log'
num_train_samples: 20000
per_update_tensorboard_step: 500
per_saved_model_step: 2000
pred_image_on_tensorboard: True

该 cfg 文件覆盖模型的所有参数，在 network_mv2_cpm.py 中仍有一些参数。

使用 nvidia-docker 训练

通过以下命令构建 docker：

cd training/docker
docker build -t single-pose .

或者

docker pull edvardhua/single-pose

然后运行以下命令，训练模型：

nvidia-docker run -it -d \
-v <dataset_path>:/data5 -v <training_code_path>/training:/workspace \
-p 6006:6006 -e LOG_PATH=/root/hdd/trained/mv2_cpm/log \
-e PARAMETERS_FILE=experiments/mv2_cpm.cfg edvardhua/single-pose

此外，它还在 port 6006 上创建了 tensorboard。确保安装了 nvidia-docker。

按一般方法训练

1. 安装依赖项：

cd training
pip3 install -r requirements.txt

还需要安装 cocoapi (https://github.com/cocodataset/cocoapi)。

2. 编辑 experiments 文件夹中的参数文件，它包含几乎所有 超参数 和训练中需要定义的其他配置。之后，传输参数文件，开始训练：

cd training
python3 src/train.py experiments/mv2_cpm.cfg

在 3 张英伟达 1080Ti 显卡上经过 12 个小时的训练后，该模型几乎收敛。以下是对应的 tensorboard 图。

基准（PCKh）

运行以下命令，评估 PCKh 值。

python3 src/benchmark.py --frozen_pb_path=hourglass/model-<mark data-type="institutions" data-id="e6402476-9c73-4340-b0c8-2b470157ce64">360</mark>000.pb \
--anno_json_path=/root/hdd/ai_challenger/ai_challenger_valid.json \
--img_path=/root/hdd \
--output_node_name=hourglass_out_3

预训练模型

• CPM：https://github.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/tree/master/release/cpm_model

• Hourglass：https://github.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/tree/master/release/hourglass_model

安卓 demo

由于 mace 框架，你可以使用 GPU 在安卓智能机上运行该模型。

按照以下命令将模型转换为 mace 格式：

cd <your-mace-path># You transer hourglass or cpm model by changing `yml` file.
python tools/converter.py convert --config=<PoseEstimationForMobilePath>/release/mace_ymls/cpm.yml

然后根据 mace 文档的说明，将模型集成到安卓设备中。

至于如何调用模型、解析输出，可以参见安卓源代码：https://github.com/edvardHua/PoseEstimationForMobile/tree/master/android_demo。

一些芯片的平均推断时间基准如下所示：

以下是该 repo 作者构建该 demo 的环境：

• 操作系统：macOS 10.13.6（mace 目前不支持 windows）

• Android Studio：3.0.1

• NDK 版本：r16

在构建 mace-demo 时，不同环境可能会遇到不同的错误。为避免这种情况，作者建议使用 docker。

docker pull registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xiaomimace/mace-dev-lite

docker run -it
 --privileged -d --name mace-dev 
 --net=host 
 -v to/you/path/PoseEstimationForMobile/android_demo/demo_mace:/demo_mace 
 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xiaomimace/mace-dev-lite

docker run -it --privileged -d --name mace-dev --net=host \
 -v to/you/path/PoseEstimationForMobile/android_demo/demo_mace:/demo_mace \
 registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/xiaomimace/mace-dev-lite
# Enter to docker
docker exec -it mace-dev bash
# Exec command inside the dockercd /demo_mace && ./gradlew build

或者将模型转换为 tflite：

# Convert to frozen pb.cd training
python3 src/gen_frozen_pb.py \
--checkpoint=<you_training_model_path>/model-xxx --output_graph=<you_output_model_path>/model-xxx.pb \
--size=192 --model=mv2_cpm_2
# If you update tensorflow to 1.9, run following command.
python3 src/gen_tflite_coreml.py \
--frozen_pb=forzen_graph.pb \
--input_node_name='image' \
--output_node_name='Convolutional_Pose_Machine/stage_5_out' \
--output_path='./' \
--type=tflite
 # Convert to tflite.# See https://github.com/tensorflow/tensorflow/blob/master/tensorflow/docs_src/mobile/tflite/devguide.md for more information.
bazel-bin/tensorflow/contrib/lite/toco/toco \
--input_file=<you_output_model_path>/model-xxx.pb \
--output_file=<you_output_tflite_model_path>/mv2-cpm.tflite \
--input_format=TENSORFLOW_GRAPHDEF --output_format=TFLITE \
--inference_type=FLOAT \
--input_shape="1,192,192,3" \
--input_array='image' \
--output_array='Convolutional_Pose_Machine/stage_5_out'

然后，将 tflite 文件放在 android_demo/app/src/main/assets 中，修改 ImageClassifierFloatInception.kt 中的参数。

............// parameters need to modify in ImageClassifierFloatInception.kt/**     * Create ImageClassifierFloatInception instance     *     * @param imageSizeX Get the image size along the x axis.     * @param imageSizeY Get the image size along the y axis.     * @param outputW The output width of model     * @param outputH The output height of model     * @param modelPath Get the name of the model file stored in Assets.     * @param numBytesPerChannel Get the number of bytes that is used to store a single     * color channel value.     */
    fun create(
      activity: Activity,
      imageSizeX: Int = 192,
      imageSizeY: Int = 192,
      outputW: Int = 96,
      outputH: Int = 96,
      modelPath: String = "mv2-cpm.tflite",
      numBytesPerChannel: Int = 4
    ): ImageClassifierFloatInception =
      ImageClassifierFloatInception(
          activity,
          imageSizeX,
          imageSizeY,
          outputW,
          outputH,
          modelPath,
          numBytesPerChannel)............

最后，将该项目导入 Android Studio，在智能机设备上运行。

iOS Demo

首先，将模型转换为 CoreML 模型：

# Convert to frozen pb.cd training
python3 src/gen_frozen_pb.py \
--checkpoint=<you_training_model_path>/model-xxx --output_graph=<you_output_model_path>/model-xxx.pb \
--size=192 --model=mv2_cpm_2
# Run the following command to get mlmodel
python3 src/gen_tflite_coreml.py \
--frozen_pb=forzen_graph.pb \
--input_node_name='image' \
--output_node_name='Convolutional_Pose_Machine/stage_5_out' \
--output_path='./' \
--type=coreml

然后，按照 PoseEstimation-CoreML 中的说明来操作（https://github.com/tucan9389/PoseEstimation-CoreML）。