基於頭肩部檢測的過線客流統計
摘要：通過本教學，我們學習了另一類客流統計應用——過線客流統計，通常用於室內出入口，攝像頭會架設在高處俯拍，使用頭肩部檢測可以減少人與人之間的遮擋。
本文分享自華為雲社群《客流分析之基於頭肩部檢測的過線客流統計》，作者：HiLens_feige 。
1.基於頭肩部檢測的過線客流統計
除了劃區域客流統計之外，另一類常見的客流統計場景是過線客流統計，本文介紹基於頭肩部檢測的過線客流統計技能：採用頭肩部檢測人形並進行跟蹤，當頭肩部中心點跨過事先劃定的線段時，增加客流計數；過線前後的人形將使用不同顏色的框表示，畫面中也會實時顯示客流數量。
準備工作
本文將使用華為雲ModelArts進行人形檢測模型的訓練，並使用ModelBox框架進行應用開發，使用前開發者需要完成如下準備工作：
2.技能開發
這個應用對應的ModelBox版本已經做成模板放在華為雲OBS中，可以用sdk中的solution.bat工具下載，接下來我們給出該應用在ModelBox中的完整開發過程：
1）下載模板
執行.\solution.bat -l可看到當前公開的技能模板：
PS ███> .\solution.bat -l
...
Solutions name:
mask_det_yolo3
...
passenger_flow_head_det_yolo7
結果中的passenger_flow_head_det_yolo7即為基於頭肩部檢測的過線客流統計應用模板，可使用如下命令下載模板：
PS ███> .\solution.bat -s passenger_flow_head_det_yolo7
...
solution.bat工具的引數中，-l 代表list，即列出當前已有的模板名稱；-s 代表solution-name，即下載對應名稱的模板。下載下來的模板資源，將存放在ModelBox核心庫的solution目錄下。
2）建立工程
在ModelBox sdk目錄下使用create.bat建立passenger_flow工程
PS ███> .\create.bat -t server -n passenger_flow -s passenger_flow_head_det_yolo7 sdk version is modelbox-xxx success: create passenger_flow in ███\modelbox\workspace
create.bat工具的引數中，-t 表示建立事務的類別，包括工程(server)、Python功能單元(Python)、推理功能單元(infer)等；-n 代表name，即建立事務的名稱；-s 代表solution-name，表示將使用後面引數值代表的模板建立工程，而不是建立空的工程。
workspace目錄下將建立出passenger_flow工程，工程內容如下所示：
passenger_flow |--bin │ |--main.bat：應用執行入口 │ |--mock_task.toml：應用在本地執行時的輸入輸出設定，此應用預設使用本地視訊檔為輸入源，最終結果輸出到另一本地視訊檔，可根據需要修改 |--CMake：存放一些自定義CMake函數 |--data：存放應用執行所需要的圖片、視訊、文字、設定等資料 │ |--passenger_flow.mp4：客流統計測試用視訊檔 │ |--simsun.ttc：中文字型庫 |--dependence │ |--modelbox_requirements.txt：應用執行依賴的外部庫在此檔案定義，本應用依賴pillow工具包 |--etc │ |--flowunit：應用所需的功能單元存放在此目錄 │ │ |--cpp：存放C++功能單元編譯後的動態連結庫，此應用沒有C++功能單元 │ │ |--draw_passenger_bbox：客流畫圖功能單元 │ │ |--object_tracker：目標跟蹤功能單元 │ │ |--yolov7_post：頭肩部檢測使用的是YOLO7模型，此處即為後處理功能單元 |--flowunit_cpp：存放C++功能單元的原始碼，此應用沒有C++功能單元 |--graph：存放流程圖 │ |--passenger_flow.toml：預設流程圖，使用本地視訊檔作為輸入源 │ |--modelbox.conf：modelbox相關設定 |--hilens_data_dir：存放應用輸出的結果檔案、紀錄檔、效能統計資訊 |--model：推理功能單元目錄 │ |--head_detection：頭肩部檢測推理功能單元 │ │ |--head_detection.toml：頭肩部檢測推理功能單元的組態檔 │ │ |--head_det_yolo7_lite_224x352.onnx：頭肩部檢測onnx模型 |--build_project.sh：應用構建指令碼 |--CMakeLists.txt |--rpm：打包rpm時生成的目錄，將存放rpm包所需資料 |--rpm_copyothers.sh：rpm打包時的輔助指令碼
3）檢視流程圖
passenger_flow工程graph目錄下存放流程圖，預設的流程圖passenger_flow.toml與工程同名，其內容為（以Windows版ModelBox為例）：
[driver] # 功能單元的掃描路徑，包含在[]中，多個路徑使用,分隔 # ${HILENS_APP_ROOT} 表示當前應用的實際路徑 # ${HILENS_MB_SDK_PATH} 表示ModelBox核心庫的實際路徑 dir = [ "${HILENS_APP_ROOT}/etc/flowunit", "${HILENS_APP_ROOT}/etc/flowunit/cpp", "${HILENS_APP_ROOT}/model", "${HILENS_MB_SDK_PATH}/flowunit", ] skip-default = true [profile] # 通過設定profile和trace開關啟用應用的效能統計 profile = false # 是否記錄profile資訊，每隔60s記錄一次統計資訊 trace = false # 是否記錄trace資訊，在任務執行過程中和結束時，輸出統計資訊 dir = "${HILENS_DATA_DIR}/mb_profile" # profile/trace資訊的儲存位置 [flow] desc = "passenger detection using head-shoulder detection with yolov7 for local video or rtsp video stream" # 應用的簡單描述 [graph] format = "graphviz" # 流程圖的格式，當前僅支援graphviz graphconf = """digraph passenger_flow { node [shape=Mrecord] queue_size = 4 batch_size = 1 # 定義節點，即功能單元及其屬性 input1[type=input,flowunit=input,device=cpu,deviceid=0] data_source_parser[type=flowunit, flowunit=data_source_parser, device=cpu, deviceid=0] video_demuxer[type=flowunit, flowunit=video_demuxer, device=cpu, deviceid=0] video_decoder[type=flowunit, flowunit=video_decoder, device=cpu, deviceid=0, pix_fmt="rgb"] resize[type=flowunit flowunit=resize device=cpu deviceid="0" image_width=352, image_height=224] color_transpose[type=flowunit flowunit=packed_planar_transpose device=cpu deviceid="0"] normalize[type=flowunit flowunit=normalize device=cpu deviceid="0" standard_deviation_inverse="0.0039215686,0.0039215686,0.0039215686"] head_detection[type=flowunit flowunit=head_detection device=cpu deviceid="0"] yolov7_post[type=flowunit flowunit=yolov7_post device=cpu deviceid="0"] object_tracker[type=flowunit, flowunit=object_tracker, device=cpu, deviceid=0] draw_passenger_bbox[type=flowunit, flowunit=draw_passenger_bbox, device=cpu, deviceid=0] video_out[type=flowunit flowunit=video_out device=cpu deviceid="0"] # 定義邊，即功能間的資料傳遞關係 input1:input -> data_source_parser:in_data data_source_parser:out_video_url -> video_demuxer:in_video_url video_demuxer:out_video_packet -> video_decoder:in_video_packet video_decoder:out_video_frame -> resize:in_image resize:out_image -> color_transpose:in_image color_transpose:out_image -> normalize:in_data normalize:out_data -> head_detection:input head_detection:output -> yolov7_post:in_feat yolov7_post:out_data -> object_tracker:in_bbox object_tracker:out_track -> draw_passenger_bbox:in_track video_decoder:out_video_frame -> draw_passenger_bbox:in_image draw_passenger_bbox:out_image -> video_out:in_video_frame }"""
整個應用邏輯比較簡單，視訊解碼後做影象預處理，接著是頭肩部檢測，模型後處理得到頭肩框，送入跟蹤演演算法進行實時跟蹤與過線判斷，最後將跟蹤資訊畫到影象輸出到視訊中。
4）核心邏輯
本應用的核心邏輯是跟蹤與過線判斷，體現在 object_tracker 功能單元中，它是一個Stream功能單元，Stream功能單元的概念和案例可以參考 ModelBox AI應用開發——Stream功能單元 。
object_tracker 功能單元的實現程式碼在object_tracker.py和easy_tracker.py檔案中，目標跟蹤演演算法 EasyTracker 根據IoU使用貪婪法進行匹配，過線判斷邏輯在object_tracker.py的 get_tracking_objects 函數中：
def get_tracking_objects(self, line_y): '''從跟蹤器中獲取跟蹤目標，儲存到結構化資料中''' def _is_pass_line(bbox, line_y): '''根據檢測框的中心點與線段的水平位置關係判斷是否過線''' center_y = (bbox[1] + bbox[3]) / 2 return center_y > line_y tracking_objects = [] # 所有跟蹤目標 for track in self.tracker.tracks: # 只記錄CONFIRMED狀態的跟蹤目標 if track.state != EasyTracker.TrackingState.CONFIRMED: continue tracking_obj = {} # 使用字典儲存跟蹤目標 tracking_obj["id"] = track.track_id # 跟蹤id tracking_obj["bbox"] = track.det # 跟蹤框 if not track.passline and _is_pass_line(track.det, line_y): # 剛好過線 track.passline = True self.flow_count += 1 tracking_obj["passline"] = track.passline # 記錄過線資訊 tracking_objects.append(tracking_obj) return tracking_objects
可以看到，應用做了簡化處理，假設過線統計的線段為水平線段，使用檢測框的中心點y座標與線段的y座標比較判斷是否過線。此處開發者可以進行修改擴充套件，使得應用可以支援非水平線段的過線判斷。
5）三方依賴庫
本應用中的畫圖功能單元以來 pillow 工具包以實現中文輸出，ModelBox應用不需要手動安裝三方依賴庫，只需要設定在 dependence\modelbox_requirements.txt ，應用在編譯時會自動安裝。另外，中文輸出還需要對應的字型庫，存放在 data 目錄下，畫圖功能單元初始化時將從此目錄載入資源。
6）檢視輸入輸出設定
檢視任務組態檔bin/mock_task.toml，可以看到其中的任務輸入和任務輸出設定為如下內容：：
[input] type = "url" url = "${HILENS_APP_ROOT}/data/passenger_flow.mp4" # 表示輸入源為本地視訊檔 [output] type = "local" url = "${HILENS_APP_ROOT}/hilens_data_dir/passenger_flow_result.mp4" # 表示輸出為本地視訊檔
即，使用本地視訊檔data/passenger_flow.mp4作為輸入，統計過線客流後，畫圖輸出到本地視訊檔data/passenger_flow_result.mp4中。
7）用啟動指令碼執行應用
啟動應用前執行.\build_project.sh進行工程構建，該指令碼將編譯自定義的C++功能單元（本應用不涉及）、將應用執行時會用到的組態檔轉碼為Unix格式（防止執行過程中的格式錯誤）、安裝第三方依賴庫：
PS ███> .\build_project.sh
...
PS ███>
然後執行.\bin\main.bat執行應用：
PS ███> .\bin\main.bat
...
執行結束後在hilens_data_dir目錄下生成了passenger_flow_result.mp4檔案，可以開啟檢視：
可以看到，黃色線段即為過線統計的水平線段，未過線的人使用灰色框標記其頭肩部，已過線的使用藍色框，畫面左上角實時顯示總的過線客流數量。
3.小結
通過本教學，我們學習了另一類客流統計應用——過線客流統計，通常用於室內出入口，攝像頭會架設在高處俯拍，使用頭肩部檢測可以減少人與人之間的遮擋。