基于MediaPipe 和 TensorFlow.js的3D手势检测

这个TF是基于js写的，所以当然你需要安装node和yarn啦！

那么安装完这两个东西之后，我们就可以把这个tfjs-models给他下载下来：

git clone https://github.com/tensorflow/tfjs-models.git

下载下俩之后，直接运行是不行滴，需要替换掉里面的两个文件。

rm tfjs-models/hand-pose-detection/src/shared
cp -r tfjs-models/shared tfjs-models/hand-pose-detection/src

rm tfjs-models/hand-pose-detection/demos/live_video/src/shared
cp -r tfjs-models/shared tfjs-models/hand-pose-detection/demos/live_video/src
cp tfjs-models/hand-pose-detection/demos/shared/* tfjs-models/hand-pose-detection/demos/live_video/src/shared/

替换完成之后，我们就可以构建项目啦：

cd tfjs-models/hand-pose-detection/demos/live_video
rm -rf .cache dist node_modules
yarn build-dep
yarn
yarn watch

最后你会在控制台看到如下输出：

并且浏览器弹出如下提示对话框，但是请注意，该url是不行滴，还要加上模型参数才可以。

在浏览器上输入 http://localhost:1234/?model=mediapipe_hands

你就可以看到这个测试demo啦

手机端前置摄像头手势检测：

[video(video-goUlRfBl-1637148152811)(type-csdn)(url-https://live.csdn.net/v/embed/180617)(image-https://vedu.csdnimg.cn/9da41fd3553446e988bbaa96fd18461c/snapshots/ba2e0cdffc044e8d8b12213e0bf1c4d9-00002.jpg)(title-基于MediaPipe 和 TF.js的3D手势检测)]

当然，上面只是小试牛刀。你还可以用js、python或者在android手机中来调用上述模块。下面为官方用法。

官方使用方法

如何使用

1. 第一步是导入库。你可以在你的html文件中使用

<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@tensorflow-models/hand-pose-detection">>/script>
<!-- Optional: Include below scripts if you want to use MediaPipe runtime. -->
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@mediapipe/hands"> </script > 

通过NPM

yarn add @tensorflow-models/hand-pose-detection

# Run below commands if you want to use TF.js runtime.
yarn add @tensorflow/tfjs-core @tensorflow/tfjs-converter
yarn add @tensorflow/tfjs-backend-webgl

# Run below commands if you want to use MediaPipe runtime.
yarn add @mediapipe/hands

如果是通过NPM安装的，需要先导入库:

import * as handPoseDetection from '@tensorflow-models/hand-pose-detection';

接下来创建检测器的实例:

const model = handPoseDetection.SupportedModels.MediaPipeHands;
const detectorConfig = {
  runtime: 'mediapipe', // or 'tfjs'
  modelType: 'full'
};
detector = await handPoseDetection.createDetector(model, detectorConfig);

选择一个适合您的应用程序需要的模型类型，有两个选项供您选择:lite和full。从lite到full，精度增加，而推理速度下降。

1. 一旦你有了检测器，你就可以通过视频流或静态图像来检测姿态:

const video = document.getElementById('video');
const hands = await detector.estimateHands(video);

输出格式如下:手表示图像框中检测到的手预测的数组。对于每只手，该结构包含一个左右手倾向的预测(左或右)以及这个预测的置信度得分。还返回一个2D关键点数组，其中每个关键点包含x、y和名称。x, y表示手关键点在图像像素空间中的水平和垂直位置，name表示联合标签。除了2D关键点，我们还以公制尺度返回3D关键点(x, y, z值)，原点以辅助关键点的形式。

[
  {
    score: 0.8,
    Handedness: 'Right',
    keypoints: [
      {x: 105, y: 107, name: "wrist"},
      {x: 108, y: 160, name: "pinky_finger_tip"},
      ...
    ]
    keypoints3D: [
      {x: 0.00388, y: -0.0205, z: 0.0217, name: "wrist"},
      {x: -0.025138, y: -0.0255, z: -0.0051, name: "pinky_finger_tip"},
      ...
    ]
  }
]

你可以参考我们的README了解更多关于API的细节。

深入了解

TF js手部姿态检测API的更新版本提高了2D关键点预测、判断左右手(分类输出是左手还是右手)的质量，并最大限度地减少了假阳性检测的数量。关于更新模型的更多细节可以在其最近的文章中找到： On-device Real-time Hand Gesture Recognition.

在TensorFlow.j发布BlazePose GHUM 3D之后，他们还在该版本中添加了metric-scale 3D关键点预测手部姿势检测，原点由一个辅助关键点表示，形成了食指、中指、无名指和小指的第一指节。我们的三维模型是基于一个名为GHUM的统计三维人体模型，该模型是使用大量的人体形状和运动的语料库构建的。

为了获得收姿势的真实情况，其将GHUM手模型拟合到现有的2D手数据集，并恢复真实世界的三维关键点坐标。优化GHUM手模型的形状和手位变量，使重建模型与图像证据对齐。这包括2D关键点对齐、形状和姿态正则化以及人体测量关节角度限制和模型自接触惩罚。

模型质量

在这个新版本中，我们大大提高了模型的质量，并在美国手语(ASL)手势数据集上对它们进行了评估。按照 COCO keypoint challenge methodology建议，我们使用均值平均精度(mAP)作为2D屏幕坐标的评价指标。

三维评价采用欧几里得三维度量空间的平均绝对误差，平均误差以厘米为单位。

浏览器性能

我们在多个设备上对模型进行了基准测试。所有基准测试都是用双手进行的。

要在你的设备上看到模型的FPS，请尝试我们的演示。你可以在演示UI中切换模型类型和运行时，看看什么最适合你的设备。

跨平台可用性

除了JavaScript手部姿势检测API，这些更新的手部模型也可以在MediaPipe Hands中作为一个现成的Android解决方案API和Python解决方案API使用，在Android Maven Repository和Python PyPI中分别有预构建的包。

例如，对于Android开发者来说，Maven包可以很容易地集成到Android Studio项目中，只需在项目的Gradle依赖项中添加以下内容:

dependencies {
    implementation 'com.google.mediapipe:solution-core:latest.release'
    implementation 'com.google.mediapipe:hands:latest.release'
}

MediaPipe Android解决方案被设计用于处理不同的使用场景，如处理实时摄像头feeds、视频文件以及静态图像。它还附带了一些实用工具，可以方便地将输出地标叠加到CPU图像(使用Canvas)或GPU(使用OpenGL)上。例如，下面的代码片段演示了如何使用它来处理实时摄像机feed并在屏幕上实时呈现输出:

// Creates MediaPipe Hands.
HandsOptions handsOptions =
    HandsOptions.builder()
        .setModelComplexity(1)
        .setMaxNumHands(2)
        .setRunOnGpu(true)
        .build();
Hands hands = new Hands(activity, handsOptions);

// Connects MediaPipe Hands to camera.
CameraInput cameraInput = new CameraInput(activity);
cameraInput.setNewFrameListener(textureFrame -> hands.send(textureFrame));

// Registers a result listener.
hands.setResultListener(
     handsResult -> {
        handsView.setRenderData(handsResult);
        handsView.requestRender();
      })

// Starts the camera to feed data to MediaPipe Hands.
handsView.post(this::startCamera);

要了解更多关于MediaPipe Android解决方案的信息，请参阅相关的文档，并使用示例Android Studio项目尝试它们。还可以访问MediaPipe Solutions获取更多跨平台解决方案。

参考文章

https://lrting.top/backend/ai/2258/

https://blog.tensorflow.org/2021/11/3D-handpose.html?m=1