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MediaPipe(Python版)を用いて手の姿勢推定を行い、検出したキーポイントを用いて、簡易なMLPでハンドサインとフィンガージェスチャーを認識するサンプルプログラムです。(Estimate hand pose using MediaPipe(Python version). This is a sample program that recognizes hand signs and finger gestures with a simple MLP using the detected key points.)

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Kazuhito00/hand-gesture-recognition-using-mediapipe

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[Japanese/English]

Note
キーポイント分類について、モデルを集めたリポジトリを作成しました。
Kazuhito00/hand-keypoint-classification-model-zoo

hand-gesture-recognition-using-mediapipe

MediaPipe(Python版)を用いて手の姿勢推定を行い、検出したキーポイントを用いて、
簡易なMLPでハンドサインとフィンガージェスチャーを認識するサンプルプログラムです。 mqlrf-s6x16

本リポジトリは以下の内容を含みます。

  • サンプルプログラム
  • ハンドサイン認識モデル(TFLite)
  • フィンガージェスチャー認識モデル(TFLite)
  • ハンドサイン認識用学習データ、および、学習用ノートブック
  • フィンガージェスチャー認識用学習データ、および、学習用ノートブック

Requirements

  • mediapipe 0.8.4
  • OpenCV 4.6.0.66 or Later
  • Tensorflow 2.9.0 or Later
  • protobuf <3.20,>=3.9.2
  • scikit-learn 1.0.2 or Later (学習時に混同行列を表示したい場合のみ)
  • matplotlib 3.5.1 or Later (学習時に混同行列を表示したい場合のみ)

Demo

Webカメラを使ったデモの実行方法は以下です。

python app.py

DockerとWebカメラを使ったデモの実行方法は以下です。

docker build -t hand_gesture .

xhost +local: && \
docker run --rm -it \
--device /dev/video0:/dev/video0 \
-v `pwd`:/home/user/workdir \
-v /tmp/.X11-unix/:/tmp/.X11-unix:rw \
-e DISPLAY=$DISPLAY \
hand_gesture:latest

python app.py

デモ実行時には、以下のオプションが指定可能です。

  • --device
    カメラデバイス番号の指定 (デフォルト:0)
  • --width
    カメラキャプチャ時の横幅 (デフォルト:960)
  • --height
    カメラキャプチャ時の縦幅 (デフォルト:540)
  • --use_static_image_mode
    MediaPipeの推論にstatic_image_modeを利用するか否か (デフォルト:未指定)
  • --min_detection_confidence
    検出信頼値の閾値 (デフォルト:0.5)
  • --min_tracking_confidence
    トラッキング信頼値の閾値 (デフォルト:0.5)

Directory

│  app.py
│  keypoint_classification.ipynb
│  point_history_classification.ipynb
│
├─model
│  ├─keypoint_classifier
│  │  │  keypoint.csv
│  │  │  keypoint_classifier.hdf5
│  │  │  keypoint_classifier.py
│  │  │  keypoint_classifier.tflite
│  │  └─ keypoint_classifier_label.csv
│  │
│  └─point_history_classifier
│      │  point_history.csv
│      │  point_history_classifier.hdf5
│      │  point_history_classifier.py
│      │  point_history_classifier.tflite
│      └─ point_history_classifier_label.csv
│
└─utils
    └─cvfpscalc.py

app.py

推論用のサンプルプログラムです。
また、ハンドサイン認識用の学習データ(キーポイント)、
フィンガージェスチャー認識用の学習データ(人差指の座標履歴)を収集することもできます。

keypoint_classification.ipynb

ハンドサイン認識用のモデル訓練用スクリプトです。

point_history_classification.ipynb

フィンガージェスチャー認識用のモデル訓練用スクリプトです。

model/keypoint_classifier

ハンドサイン認識に関わるファイルを格納するディレクトリです。
以下のファイルが格納されます。

  • 学習用データ(keypoint.csv)
  • 学習済モデル(keypoint_classifier.tflite)
  • ラベルデータ(keypoint_classifier_label.csv)
  • 推論用クラス(keypoint_classifier.py)

model/point_history_classifier

フィンガージェスチャー認識に関わるファイルを格納するディレクトリです。
以下のファイルが格納されます。

  • 学習用データ(point_history.csv)
  • 学習済モデル(point_history_classifier.tflite)
  • ラベルデータ(point_history_classifier_label.csv)
  • 推論用クラス(point_history_classifier.py)

utils/cvfpscalc.py

FPS計測用のモジュールです。

Training

ハンドサイン認識、フィンガージェスチャー認識は、
学習データの追加、変更、モデルの再トレーニングが出来ます。

ハンドサイン認識トレーニング方法

1.学習データ収集

「k」を押すと、キーポイントの保存するモードになります(「MODE:Logging Key Point」と表示される)


「0」~「9」を押すと「model/keypoint_classifier/keypoint.csv」に以下のようにキーポイントが追記されます。
1列目:押下した数字(クラスIDとして使用)、2列目以降:キーポイント座標


キーポイント座標は以下の前処理を④まで実施したものを保存します。


初期状態では、パー(クラスID:0)、グー(クラスID:1)、指差し(クラスID:2)の3種類の学習データが入っています。
必要に応じて3以降を追加したり、csvの既存データを削除して、学習データを用意してください。
  

2.モデル訓練

keypoint_classification.ipynb」をJupyter Notebookで開いて上から順に実行してください。
学習データのクラス数を変更する場合は「NUM_CLASSES = 3」の値を変更し、
「model/keypoint_classifier/keypoint_classifier_label.csv」のラベルを適宜修正してください。

X.モデル構造

keypoint_classification.ipynb」で用意しているモデルのイメージは以下です。

フィンガージェスチャー認識トレーニング方法

1.学習データ収集

「h」を押すと、指先座標の履歴を保存するモードになります(「MODE:Logging Point History」と表示される)


「0」~「9」を押すと「model/point_history_classifier/point_history.csv」に以下のようにキーポイントが追記されます。
1列目:押下した数字(クラスIDとして使用)、2列目以降:座標履歴


キーポイント座標は以下の前処理を④まで実施したものを保存します。


初期状態では、静止(クラスID:0)、時計回り(クラスID:1)、反時計回り(クラスID:2)、移動(クラスID:4)の
4種類の学習データが入っています。
必要に応じて5以降を追加したり、csvの既存データを削除して、学習データを用意してください。
   

2.モデル訓練

point_history_classification.ipynb」をJupyter Notebookで開いて上から順に実行してください。
学習データのクラス数を変更する場合は「NUM_CLASSES = 4」の値を変更し、
「model/point_history_classifier/point_history_classifier_label.csv」のラベルを適宜修正してください。

X.モデル構造

point_history_classification.ipynb」で用意しているモデルのイメージは以下です。
「LSTM」を用いたモデルは以下です。
使用する際には「use_lstm = False」を「True」に変更してください(要tf-nightly(2020/12/16時点))

Application example

以下に応用事例を紹介します。

Reference

Author

高橋かずひと(https://twitter.com/KzhtTkhs)

License

hand-gesture-recognition-using-mediapipe is under Apache v2 license.

About

MediaPipe(Python版)を用いて手の姿勢推定を行い、検出したキーポイントを用いて、簡易なMLPでハンドサインとフィンガージェスチャーを認識するサンプルプログラムです。(Estimate hand pose using MediaPipe(Python version). This is a sample program that recognizes hand signs and finger gestures with a simple MLP using the detected key points.)

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