你這背景太假了，用AI自動合成，假嗎？
哈嘍，大家好。
前幾天大家是不是都刷到了下面這個視頻。
博主本來想證明自己背景是真的，結果引來網友惡搞，紛紛換成各種各樣的背景來“打假”。
今天咱也湊個熱鬧，用 AI 技術自動替換背景。
思路并不難，我們先從原視頻將人物分離出來，再將分離出來的人物“貼”到新背景視頻中即可。
從視頻中分類人物用到關鍵技術的是計算機視覺?中的實例分割?，我之前的文章中有介紹過目標檢測技術，比如，人臉檢測
目標檢測?是通過矩形框標注檢測的目標，相對容易。而實例分割是一項更精細的工作，因為需要對每個像素點分類，物體的輪廓是精準勾勒的。
我們今天用 detectron2? 做實例分割?，它是Facebook AI研究院開源的項目，功能強大，使用簡單。
1. 安裝
detectron2? 支持在Linux和macOS?系統上安裝，Linux?可以直接通過pip?安裝，而mac?只能通過源碼編譯的方式安裝，建議大家用Linux。
支持GPU和CPU?運行，我使用的是3090顯卡、CUDA11.1、Pytorch1.8。
2. 運行
我們用官方提供的預訓練模型對圖片做實例分割。
2.1 加載模型配置文件
from detectron2.config import get_cfg
from detectron2 import model_zoo
cfg = get_cfg()
model_cfg_file = model_zoo.get_config_file('COCO-InstanceSegmentation/mask_rcnn_R_50_FPN_3x.yaml')
cfg.merge_from_file(model_cfg_file)
COCO-InstanceSegmentation?代表用coco?數據集訓練的實例分割模型。
mask_rcnn_R_50_FPN_3x.yaml是模型訓練用到的配置信息。
從下圖也可以看到，detectron2?除了提供實例分割?模型，還提供目標檢測、關鍵點檢測等模型，還是比較全面的。
2.2 加載模型
model_weight_url = model_zoo.get_checkpoint_url('COCO-InstanceSegmentation/mask_rcnn_R_50_FPN_3x.yaml')
cfg.MODEL.WEIGHTS = model_weight_url
mask_rcnn_R_50_FPN_3x.yaml?文件中存放了預訓練模型的url?。當進行實例分割?時，程序會自動從url處將模型下載到本地。存放的位置為：
但程序自動下載的方式可能會比較慢，這時候你可以用迅雷自己下載模型文件，放到對應的路徑中即可。
2.3 實例分割
首先，讀取一張圖片，圖片大小480 * 640。
img = cv2.imread('./000000439715.jpg')
實例化DefaultPredictor對象。
from detectron2.engine import DefaultPredictor
predictor = DefaultPredictor(cfg)
對圖片進行實例分割
out = predictor(img)
out?變量中存放的是分割出來每個目標的類別id、檢測框和目標遮罩。
out["instances"].pred_classes?獲取目標的類別id
這里一共檢測到了 15 個目標，在配置文件中可以找到類別id和類別名稱?的映射關系。其中，0?代表人，17代表馬。
out["instances"].pred_masks?獲取目標的遮罩?，我們取單個目標的遮罩研究一下它的用處。
可以看到，它的取值是布爾類型，并且shape和圖片大小一樣。
所以，遮罩是實例分割?的結果，里面每個元素對應圖片一個像素，取值為True代表該像素是檢測出來的目標像素。
因此，我們可以通過遮罩給目標加上一層不透明度，從而把目標精確標注出來。
img_copy = img.copy()
alpha = 0.8
color = np.array([0, 255, 0])
img_copy[mask > 0, :] = img_copy[mask > 0, :] * alpha + color * (1-alpha)
上述給目標加上一層綠色的不透明度，效果如下：
可以看到，騎在馬上的人已經被標注出來了。
3. 自動合成背景
有了上面的基礎，我們就很容易合成視頻了。
讀取原視頻每一幀中將人物分割出來，將分割出來的人物直接覆蓋到新背景視頻中對應的幀即可。
核心代碼：
# 讀取原視頻
ret, frame_src = cap.read()
# 讀取新背景視頻
ret, frame_bg = cap_bg.read()
# 調整背景尺寸跟原視頻一樣
frame_bg = cv2.resize(frame_bg, sz)
# 分割原視頻人物
person_mask = instance_seg.predict(frame_src)
# 合成
frame_bg[person_mask, :] = frame_src[person_mask, :]
