Vision 圖像識別框架的使用

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2017-10-18

原文链接： www.itread01.com

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• 本文為CocoaChina網友 品位生活 投稿

北京時間2017.6.6日淩晨1點，新一屆的WWDC召開，蘋果在大會上發布了iOS11的beta版，伴隨著iOS 11的發布，也隨之推出了一些新的API，如：ARKit 、Core ML、FileProvider、IdentityLookup 、Core NFC、Vison 等。

本篇文章主要簡單介紹下其中的 Vision API 的使用（Vision更強大的地方是可以結合Core ML模型實現更強大的功能，本篇文章就不詳細展開了）

Vison 與 Core ML 的關系

Vision 是 Apple 在 WWDC 2017 推出的圖像識別框架。

Core ML 是 Apple 在 WWDC 2017 推出的機器學習框架。

Core ML

根據這張圖就可以看出，Core ML的作用就是將一個Core ML模型，轉換成我們的App工程可以直接使用的對象,就是可以看做是一個模型的轉換器。

Vision在這裏的角色，就是相當於一個用於識別Core ML模型的一個角色.

Vision

根據官方文檔看，Vision 本身就有Face Detection and Recognition(人臉檢測識別)、Machine Learning Image Analysis(機器學習圖片分析)、Barcode Detection(條形碼檢測)、Text Detection(文本檢測)。。。。。等等這些功能。

所以可以這樣理解：

Vision庫裏本身就已經自帶了很多訓練好的Core ML模型，這些模型是針對上面提到的人臉識別、條形碼檢測等等功能，如果你要實現的功能剛好是Vision庫本身就能實現的，那麽你直接使用Vision庫自帶的一些類和方法就行，但是如果想要更強大的功能，那麽還是需要結合其它Core ML模型。

Vision 與 Core ML 總結

Core ML可以看做一個模型的轉換器，可以將一個 ML Model 格式的模型文件自動生成一些類和方法，可以直接使用這些類去做分析，讓我們更簡單的在app中使用訓練好的模型。

Vision本身就是能對圖片做分析，他自帶了針對很多檢測的功能，相當於內置了一些Model，另外Vision也能使用一個你設置好的其它的Core ML Model來對圖進行分析。

Vision就是建立在Core ML層之上的，使用Vision其實還是用到了Core ML，只是沒有顯式地直接寫Core ML的代碼而已。

Vison 的應用場景

圖像配準

矩形檢測

二維碼/條形碼檢測

目標跟蹤：臉部，矩形和通用模板

文字檢測：監測文字外框，和文字識別

人臉檢測：支持檢測笑臉、側臉、局部遮擋臉部、戴眼鏡和帽子等場景，可以標記出人臉的矩形區域

人臉特征點：可以標記出人臉和眼睛、眉毛、鼻子、嘴、牙齒的輪廓，以及人臉的中軸線

Vison 的設計理念

蘋果最擅長的，把復雜的事情簡單化，Vision的設計理念也正是如此。

對於使用者我們抽象的來說，我們只需要：提出問題-->經過機器-->得到結果。

開發者不需要是計算機視覺專家，開發者只需要得到結果即可，一切復雜的事情交給Vision。

Vison 的性能對比

Vision 與 iOS 上其他幾種帶人臉檢測功能框架的對比：

根據官方提供的資料可以看出來，Vision 和 Core Image、AV Capture 在精確度，耗時，耗電量來看基本都是Best、Fast、Good。

Vision 支持的圖片類型

Vision 支持多種圖片類型，如：

• CIImage

• NSURL

• NSData

• CGImageRef

• CVPixelBufferRef

Vison 的使用 與結構圖

Vision使用中的角色有：

Request，RequestHandler，results和results中的Observation數組。

結果圖

Request類型：

有很多種，比如圖中列出的 人臉識別、特征識別、文本識別、二維碼識別等。

結果圖

使用概述：

我們在使用過程中是給各種功能的 Request 提供給一個 RequestHandler，Handler 持有需要識別的圖片信息，並將處理結果分發給每個 Request 的 completion Block 中。可以從 results 屬性中得到 Observation 數組。

observations數組中的內容根據不同的request請求返回了不同的observation，如：VNFaceObservation、VNTextObservation、VNBarcodeObservation、VNHorizonObservation，不同的Observation都繼承於VNDetectedObjectObservation，而VNDetectedObjectObservation則是繼承於VNObservation。每種Observation有boundingBox，landmarks等屬性，存儲的是識別後物體的坐標，點位等，我們拿到坐標後，就可以進行一些UI繪制。

具體人臉識別使用示例：

1，創建處理圖片處理對應的RequestHandler對象。

    // 轉換CIImage
    CIImage *convertImage = [[CIImage alloc]initWithImage:image];    
    // 創建處理requestHandler
    VNImageRequestHandler *detectRequestHandler = [[VNImageRequestHandler alloc]initWithCIImage:convertImage options:@{}];

2， 創建回調Handler。（用於識別成功後進行回調執行的一個Block）

    // 設置回調
    CompletionHandler completionHandler = ^(VNRequest *request, NSError * _Nullable error) {        NSArray *observations = request.results;
    };

3， 創建對應的識別 Request 請求，指定 Complete Handler

    VNImageBasedRequest *detectRequest = [[VNDetectFaceRectanglesRequest alloc]initWithCompletionHandler: completionHandler];

4，發送識別請求，並在回調中處理回調接受的數據

  [detectRequestHandler performRequests:@[detectRequest] error:nil];

代碼整合：

總的來說一共經過這幾步之後基本的人臉識別就實現了。

    // 轉換CIImage
    CIImage *convertImage = [[CIImage alloc]initWithImage:image];    
    // 創建處理requestHandler
    VNImageRequestHandler *detectRequestHandler = [[VNImageRequestHandler alloc]initWithCIImage:convertImage options:@{}];    
    // 設置回調
    CompletionHandler completionHandler = ^(VNRequest *request, NSError * _Nullable error) {
        NSArray *observations = request.results;
        [self handleImageWithType:type image:image observations:observations complete:complete];
    };    
    // 創建BaseRequest
    VNImageBasedRequest *detectRequest = [[VNDetectFaceRectanglesRequest alloc]initWithCompletionHandler:completionHandler];    
    // 發送識別請求
    [detectRequestHandler performRequests:@[detectRequest] error:nil];

VNFaceObservation 介紹：

VNFaceObservation裏面，我們能拿到的有用信息就是boundingBox。

/// 處理人臉識別回調+ (void)faceRectangles:(NSArray *)observations image:(UIImage *_Nullable)image complete:(detectImageHandler _Nullable )complete{
    
    NSMutableArray *tempArray = @[].mutableCopy;    
    for (VNFaceObservation *observation  in observations) {
        CGRect faceRect = [self convertRect:observation.boundingBox imageSize:image.size];
    }

boundingBox直接是CGRect類型，但是boundingBox返回的是x,y,w,h的比例，需要進行轉換。

/// 轉換Rect+ (CGRect)convertRect:(CGRect)oldRect imageSize:(CGSize)imageSize{
    
    CGFloat w = oldRect.size.width * imageSize.width;
    CGFloat h = oldRect.size.height * imageSize.height;
    CGFloat x = oldRect.origin.x * imageSize.width;
    CGFloat y = imageSize.height - (oldRect.origin.y * imageSize.height) - h;    return CGRectMake(x, y, w, h);
}

關於Y值為何不是直接oldRect.origin.y * imageSize.height出來，是因為這個時候直接算出來的臉部是MAX Y值而不是min Y值，所以需要進行轉換一下。

特征識別介紹：

VNDetectFaceLandmarksRequest 特征識別請求返回的也是VNFaceObservation，但是這個時候VNFaceObservation 對象的 landmarks 屬性就會有值，這個屬性裏面存儲了人物面部特征的點。

如：

// 臉部輪廊@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nonnull faceContour;// 左眼，右眼@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable leftEye;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable rightEye;// 鼻子，鼻脊@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable nose;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable noseCrest;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable medianLine;// 外唇，內唇@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable outerLips;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable innerLips;// 左眉毛，右眉毛@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable leftEyebrow;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable rightEyebrow;// 左瞳,右瞳@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable leftPupil;@property (nonatomic, strong) VNFaceLandmarkRegion2D * _Nullable rightPupil;

每個特征對象裏面都有一個pointCount屬性，通過特征對象的pointAtIndex方法，可以取出來特征裏面的每一個點，我們拿到點進行轉換後，相應的UI繪制或其他操作。

例如：

    UIImage *sourceImage = image;    
    // 遍歷所有特征
    for (VNFaceLandmarkRegion2D *landmarks2D in pointArray) {
        
        CGPoint points[landmarks2D.pointCount];        // 轉換特征的所有點
        for (int i=0; i

Vision Demo演示：

圖像識別：

以上是簡單列舉了一些代碼，具體更詳細的可參考官方文檔或Demo代碼（後面有Demo 下載鏈接）

下面GIF演示一下Vision Demo ，此Demo比較簡單，演示了基本的一些Vision的使用

圖像識別：

人臉識別、特征識別、文字識別

動態識別：

動態監測人臉，動態進行添加

Demo下載地址

https://github.com/DaSens/Vision_Demo

https://github.com/DaSens/Vision_Track.git

參考資料：

http://www.jianshu.com/p/174b7b67acc9

http://www.jianshu.com/p/e371099f12bd

https://github.com/NilStack/HelloVision

https://developer.apple.com/documentation/vision

https://github.com/jeffreybergier/Blog-Getting-Started-with-Vision

https://tech.iheart.com/iheart-wwdc-familiar-faces-1093fe751d9e

http://yulingtianxia.com/blog/2017/06/19/Core-ML-and-Vision-Framework-on-iOS-11/