vision/android

• MindSpore Vision 端侧图像分类demo（Android）
• • 运行依赖
  • 构建与运行
  • 示例程序详细说明
  • • 示例程序结构
    • 配置MindSpore Lite依赖项
    • 下载及部署模型文件
    • 编写端侧推理代码

MindSpore Vision 端侧图像分类demo（Android）

本示例程序演示了如何在端侧利用MindSpore Lite C++ API（Android JNI）以及MindSpore Lite 图像分类模型完成端侧推理，实现对设备摄像头捕获的内容进行分类，并在App图像预览界面中显示出最可能的分类结果。

运行依赖

• Android Studio >= 3.2 (推荐4.0以上版本)

构建与运行

1. 在Android Studio中加载本示例源码。

   

   启动Android Studio后，点击File->Settings->System Settings->Android SDK，勾选相应的SDK Tools。如下图所示，勾选后，点击OK，Android Studio即可自动安装SDK。

   

   Android SDK Tools为默认安装项，取消Hide Obsolete Packages选框之后可看到。

   使用过程中若出现问题，可参考第4项解决。

2. 连接Android设备，运行该应用程序。

   通过USB连接Android手机。待成功识别到设备后，点击Run 'app'即可在您的手机上运行本示例项目。

   编译过程中Android Studio会自动下载MindSpore Lite、模型文件等相关依赖项，编译过程需做耐心等待。

   Android Studio连接设备调试操作，可参考https://developer.android.com/studio/run/device?hl=zh-cn。

   手机需开启“USB调试模式”，Android Studio 才能识别到手机。 华为手机一般在设置->系统和更新->开发人员选项->USB调试中开始“USB调试模型”。

   

3. 在Android设备上，点击“允许”获取权限和设备信息，点击完成后即可使用APP。

   

   打开APP后，在首页点击分类模块后，即可点击中间按钮进行拍照获取图片，或者点击上侧栏的图像按钮选择进行图片相册用于图像分类功能。

   

   在默认情况下，MindSpore Vision分类模块内置了一个通用的AI网络模型对图像进行识别分类。

   

4. Demo部署问题解决方案。

   4.1 NDK、CMake、JDK等工具问题：

   如果Android Studio内安装的工具出现无法识别等问题，可重新从相应官网下载和安装，并配置路径。

   • NDK >= 21.3 NDK

   • CMake >= 3.10.2 CMake

   • Android SDK >= 26 SDK

   • JDK >= 1.8 JDK

     

   4.2 NDK版本不匹配问题：

   打开Android SDK，点击Show Package Details，根据报错信息选择安装合适的NDK版本。
   

   4.3 Android Studio版本问题：

   在工具栏-help-Checkout for Updates中更新Android Studio版本。

   4.4 Gradle下依赖项安装过慢问题：

   如图所示， 打开Demo根目录下build.gradle文件，加入华为镜像源地址：maven {url 'https://developer.huawei.com/repo/'}，修改classpath为4.2.1，点击sync进行同步。下载完成后，将classpath版本复原，再次进行同步。
   

示例程序详细说明

本端侧图像分类Android示例程序分为JAVA层和JNI层，其中，JAVA层主要通过拍照和本地图片获取图像帧，以及相应的图像处理等功能；JNI层完成模型推理的过程。

此处详细说明示例程序的JNI层实现，JAVA层运用拍照和本地图片 API实现开启设备摄像头以及图像帧处理等功能，需读者具备一定的Android开发基础知识。

示例程序结构

app
├── src/main
│   ├── assets # 资源文件
|   |   └── mobilenetv2.ms # 存放模型文件
│   |
│   ├── cpp # 模型加载和预测主要逻辑封装类
|   |   ├── CMakeList.txt # cmake编译入口文件
|   |   ├── mindspore_lite_x.x.x-runtime-arm64-cpu #MindSpore Lite版本
|   |   ├── CustomMindSporeNetnative.cpp # MindSpore调用相关的JNI方法
│   |   ├── CustomMindSporeNetnative.h # 通用头文件
|   |   └── MsNetWork.cpp # MindSpre接口封装
│   |
│   ├── java # java层应用代码
│   │   └── com.mindspore.vision
│   │       ├── base # 通用的公共组件
│   │       │   └── ...
│   │       ├── common # 通用的公共组件
│   │       │   └── ...
│   │       ├── train # 图像处理及MindSpore JNI调用相关实现
│   │       │   └── ...
│   │       ├── ui # 开启摄像头及用户交互相关实现
│   │       │   └── ...
│   │       └── ...
│   ├── res # 存放Android相关的资源文件
│   └── AndroidManifest.xml # Android配置文件
│
│
├── build.gradle # 其他Android配置文件
├── download.gradle # 工程依赖文件下载
└── ...

配置MindSpore Lite依赖项

Android JNI层调用MindSpore C++ API时，需要相关库文件支持。可通过MindSpore Lite源码编译生成mindspore-lite-{version}-minddata-{os}-{device}.tar.gz库文件包并解压缩（包含libmindspore-lite.so库文件和相关头文件），在本例中需使用生成带图像预处理模块的编译命令。

version：输出件版本号，与所编译的分支代码对应的版本一致。

device：当前分为cpu（内置CPU算子）和gpu（内置CPU和GPU算子）。

os：输出件应部署的操作系统。

本示例中，build过程由download.gradle文件自动下载MindSpore Lite 版本文件，并放置在app/src/main/cpp/目录下。

若自动下载失败，请手动下载相关库文件，解压并放在对应位置：

MindSpore Lite 版本文件 下载链接

在app的build.gradle文件中配置CMake编译支持，以及arm64-v8a的编译支持，如下所示：

android {
    compileSdkVersion 30
    buildToolsVersion '30.0.3'

    defaultConfig {
        applicationId "com.mindspore.vision"
        minSdkVersion 21
        targetSdkVersion 30
        versionCode 1
        versionName "1.0"

        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"
        externalNativeBuild {
            cmake {
                arguments "-DANDROID_STL=c++_shared"
                cppFlags "-std=c++17"
            }
        }
        ndk {
            abiFilters 'arm64-v8a'
        }

    }

在app/CMakeLists.txt文件中建立.so库文件链接，如下所示。

# ============== Set MindSpore Dependencies. =============
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR})
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION})
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/third_party)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/include)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/include/dataset)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/include/dataset/lite_cv)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/include/ir/dtype)
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/include/schema)


add_library(mindspore-lite SHARED IMPORTED)
add_library(minddata-lite SHARED IMPORTED)
#add_library(mindspore-lite-train SHARED IMPORTED)
add_library(libjpeg SHARED IMPORTED)
add_library(libturbojpeg SHARED IMPORTED)
#add_library(securec STATIC IMPORTED)

set_target_properties(mindspore-lite PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
        ${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/lib/libmindspore-lite.so)
set_target_properties(minddata-lite PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
        ${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/lib/libminddata-lite.so)
#set_target_properties(mindspore-lite-train PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
#        ${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/lib/libmindspore-lite-train.so)
set_target_properties(libjpeg PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
        ${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/third_party/libjpeg-turbo/lib/libjpeg.so)
set_target_properties(libturbojpeg PROPERTIES IMPORTED_LOCATION
        ${CMAKE_SOURCE_DIR}/${MINDSPORELITE_VERSION}/runtime/third_party/libjpeg-turbo/lib/libturbojpeg.so)
# --------------- MindSpore Lite set End. --------------------

# build script, prebuilt third-party libraries, or system libraries.
add_definitions(-DMNN_USE_LOGCAT)
target_link_libraries( # Specifies the target library.
        mlkit-label-MS

        mindspore-lite
        minddata-lite
        #        mindspore-lite-train
        libjpeg
        libturbojpeg

        # --- other dependencies.---
        -ljnigraphics
        android

        # Links the target library to the log library
        ${log-lib}
        )

下载及部署模型文件

从MindSpore Model Hub中下载模型文件，本示例程序中使用的终端图像分类模型文件为mobilenetv2.ms，同样通过download.gradle脚本在APP构建时自动下载，并放置在app/src/main/assets工程目录下。

若下载失败请手动下载模型文件，mobilenetv2.ms 下载链接。

编写端侧推理代码

在JNI层调用MindSpore Lite C++ API实现端测推理。

推理代码流程如下，完整代码请参见src/cpp/MindSporeNetnative.cpp。

1. 加载MindSpore Lite模型文件，构建上下文、会话以及用于推理的计算图。

   • 加载模型文件：创建并配置用于模型推理的上下文

     // Buffer is the model data passed in by the Java layer
     jlong bufferLen = env->GetDirectBufferCapacity(buffer);
     char *modelBuffer = CreateLocalModelBuffer(env, buffer);  
     

   • 创建会话

     void **labelEnv = new void *;
     MSNetWork *labelNet = new MSNetWork;
     *labelEnv = labelNet;
     
     // Create context.
     lite::Context *context = new lite::Context;
     context->thread_num_ = numThread;  //Specify the number of threads to run inference
     
     // Create the mindspore session.
     labelNet->CreateSessionMS(modelBuffer, bufferLen, context);
     delete(context);
     
     

   • 加载模型文件并构建用于推理的计算图

     void MSNetWork::CreateSessionMS(char* modelBuffer, size_t bufferLen, std::string name, mindspore::lite::Context* ctx)
     {
         CreateSession(modelBuffer, bufferLen, ctx);  
         session = mindspore::session::LiteSession::CreateSession(ctx);
         auto model = mindspore::lite::Model::Import(modelBuffer, bufferLen);
         int ret = session->CompileGraph(model);
     }
     

2. 将输入图片转换为传入MindSpore模型的Tensor格式。

   将待检测图片数据转换为输入MindSpore模型的Tensor。

   if (!BitmapToLiteMat(env, srcBitmap, &lite_mat_bgr)) {
    MS_PRINT("BitmapToLiteMat error");
    return NULL;
   }
   if (!PreProcessImageData(lite_mat_bgr, &lite_norm_mat_cut)) {
    MS_PRINT("PreProcessImageData error");
    return NULL;
   }
   
   ImgDims inputDims;
   inputDims.channel = lite_norm_mat_cut.channel_;
   inputDims.width = lite_norm_mat_cut.width_;
   inputDims.height = lite_norm_mat_cut.height_;
   
   // Get the mindsore inference environment which created in loadModel().
   void **labelEnv = reinterpret_cast<void **>(netEnv);
   if (labelEnv == nullptr) {
    MS_PRINT("MindSpore error, labelEnv is a nullptr.");
    return NULL;
   }
   MSNetWork *labelNet = static_cast<MSNetWork *>(*labelEnv);
   
   auto mSession = labelNet->session();
   if (mSession == nullptr) {
    MS_PRINT("MindSpore error, Session is a nullptr.");
    return NULL;
   }
   MS_PRINT("MindSpore get session.");
   
   auto msInputs = mSession->GetInputs();
   if (msInputs.size() == 0) {
    MS_PRINT("MindSpore error, msInputs.size() equals 0.");
    return NULL;
   }
   auto inTensor = msInputs.front();
   
   float *dataHWC = reinterpret_cast<float *>(lite_norm_mat_cut.data_ptr_);
   // Copy dataHWC to the model input tensor.
   memcpy(inTensor->MutableData(), dataHWC,
        inputDims.channel * inputDims.width * inputDims.height * sizeof(float));
   

3. 对输入Tensor按照模型进行推理，获取输出Tensor，并进行后处理。

   • 图执行，端测推理。

     // After the model and image tensor data is loaded, run inference.
     auto status = mSession->RunGraph();
     

   • 获取输出数据。

     auto names = mSession->GetOutputTensorNames();
     std::unordered_map<std::string,mindspore::tensor::MSTensor *> msOutputs;
     for (const auto &name : names) {
         auto temp_dat =mSession->GetOutputByTensorName(name);
         msOutputs.insert(std::pair<std::string, mindspore::tensor::MSTensor *> {name, temp_dat});
       }
      std::string resultStr = ProcessRunnetResult(::RET_CATEGORY_SUM,
                                           ::labels_name_map, msOutputs);
     

   • 输出数据的后续处理。

     std::string ProcessRunnetResult(const int RET_CATEGORY_SUM, const char *const labels_name_map[],
              std::unordered_map<std::string, mindspore::tensor::MSTensor *> msOutputs) {
      // Get the branch of the model output.
      // Use iterators to get map elements.
      std::unordered_map<std::string, mindspore::tensor::MSTensor *>::iterator iter;
      iter = msOutputs.begin();
     
      // The mobilenetv2.ms model output just one branch.
      auto outputTensor = iter->second;
     
      int tensorNum = outputTensor->ElementsNum();
      MS_PRINT("Number of tensor elements:%d", tensorNum);
     
      // Get a pointer to the first score.
      float *temp_scores = static_cast<float *>(outputTensor->MutableData());
      float scores[RET_CATEGORY_SUM];
      for (int i = 0; i < RET_CATEGORY_SUM; ++i) {
       scores[i] = temp_scores[i];
      }
     
      float unifiedThre = 0.5;
      float probMax = 1.0;
      for (size_t i = 0; i < RET_CATEGORY_SUM; ++i) {
       float threshold = g_thres_map[i];
       float tmpProb = scores[i];
       if (tmpProb < threshold) {
        tmpProb = tmpProb / threshold * unifiedThre;
       } else {
        tmpProb = (tmpProb - threshold) / (probMax - threshold) * unifiedThre + unifiedThre;
      }
       scores[i] = tmpProb;
     }
     
      for (int i = 0; i < RET_CATEGORY_SUM; ++i) {
      if (scores[i] > 0.5) {
          MS_PRINT("MindSpore scores[%d] : [%f]", i, scores[i]);
       }
      }
     
      // Score for each category.
      // Converted to text information that needs to be displayed in the APP.
      std::string categoryScore = "";
      for (int i = 0; i < RET_CATEGORY_SUM; ++i) {
       categoryScore += labels_name_map[i];
       categoryScore += ":";
       std::string score_str = std::to_string(scores[i]);
       categoryScore += score_str;
       categoryScore += ";";
      }
        return categoryScore;
     }