OpenCV项目：MediaPipe手部关键点检测详解

MediaPipe 是一款由 Google Research 开发并开源的多媒体机器学习模型应用框架，可以直接调用其API完成目标检测、人脸检测以及关键点检测等。本篇文章介绍其手部21个关键点检测。

一. 关键函数解释

（1）mediapipe.solutions.hands.Hands(): 手部关键点检测方法

参数：

• static_image_mode： 默认为 False，将输入图像视为视频流。它将尝试在第一个输入图像中检测手，并在成功检测后进一步定位手的坐标。在随后的图像中，一旦检测到所有 max_num_hands 手并定位了相应的手的坐标，它就会跟踪这些坐标，而不会调用另一个检测，直到它失去对任何一只手的跟踪。这减少了延迟，非常适合处理视频帧。如果设置为 True，则在每个输入图像上运行手部检测，用于处理一批静态的、可能不相关的图像。
• max_num_hands： 最多检测几只手，默认为2。
• min_detection_confidence： 手部检测模型的最小置信值（0-1之间），超过阈值则检测成功。默认为 0.5。
• min_tracking_confidence： 坐标跟踪模型的最小置信值 (0-1之间)，用于将手部坐标视为成功跟踪，不成功则在下一个输入图像上自动调用手部检测。将其设置为更高的值可以提高解决方案的稳健性，但代价是更高的延迟。如果 static_image_mode 为真，则忽略这个参数，手部检测将在每个图像上运行，默认为 0.5。

返回值：

• MULTI_HAND_LANDMARKS： 被检测/跟踪的手的集合，其中每只手被表示为21个手部地标的列表，每个地标由x, y, z组成。x和y分别由图像的宽度和高度归一化为[0,1]。Z表示地标深度。
• MULTI_HANDEDNESS： 被检测/追踪的手是左手还是右手的集合。每只手由label(标签)和score(分数)组成。 label 是 ‘Left’ 或 ‘Right’ 值的字符串。 score 是预测左右手的估计概率。

（2）mediapipe.solutions.drawing_utils.draw_landmarks(): 绘制手部关键点的连线

参数：

• image： 需要画图的原始图片
• landmark_list： 检测到的手部关键点坐标
• connections： 连接线，需要把那些坐标连接起来
• landmark_drawing_spec： 坐标的颜色，粗细
• connection_drawing_spec： 连接线的粗细，颜色等

二. 手部关键点检测并显示伸出的手指数

import cv2
import mediapipe as mp
import cmath

gesture = ["none","one","two","three","four","five","six","seven","eight","nine","ten"]
flag = 0

mp_drawing = mp.solutions.drawing_utils
mp_hands = mp.solutions.hands

hands = mp_hands.Hands(
        static_image_mode=False,
        max_num_hands=2,
        min_detection_confidence=0.75,
        min_tracking_confidence=0.75)

cap = cv2.VideoCapture(0)
while True:
    flag = 0
    ret,frame = cap.read()
    frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # 因为摄像头是镜像的，所以将摄像头水平翻转
    # 不是镜像的可以不翻转
    frame= cv2.flip(frame,1)
    results = hands.process(frame)
    frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_RGB2BGR)
    
#    if results.multi_handedness:
#        for hand_label in results.multi_handedness:
#            print(hand_label)
            
    if results.multi_hand_landmarks:
        for hand_landmarks in results.multi_hand_landmarks:
            #print('hand_landmarks:', hand_landmarks)
            #计算关键点的距离，用于判断手指是否伸直
            p0_x = hand_landmarks.landmark[0].x
            p0_y = hand_landmarks.landmark[0].y
            p5_x = hand_landmarks.landmark[5].x
            p5_y = hand_landmarks.landmark[5].y
            distance_0_5 = pow(p0_x-p5_x,2)+pow(p0_y-p5_y,2)
            base = distance_0_5 / 0.6
            
            p4_x = hand_landmarks.landmark[4].x
            p4_y = hand_landmarks.landmark[4].y
            distance_5_4 = pow(p5_x-p4_x,2)+pow(p5_y-p4_y,2)
            
            p8_x = hand_landmarks.landmark[8].x
            p8_y = hand_landmarks.landmark[8].y
            distance_0_8 = pow(p0_x-p8_x,2)+pow(p0_y-p8_y,2)
            
            p12_x = hand_landmarks.landmark[12].x
            p12_y = hand_landmarks.landmark[12].y
            distance_0_12 = pow(p0_x-p12_x,2)+pow(p0_y-p12_y,2)
            
            p16_x = hand_landmarks.landmark[16].x
            p16_y = hand_landmarks.landmark[16].y
            distance_0_16 = pow(p0_x-p16_x,2)+pow(p0_y-p16_y,2)
            
            p20_x = hand_landmarks.landmark[20].x
            p20_y = hand_landmarks.landmark[20].y
            distance_0_20 = pow(p0_x-p20_x,2)+pow(p0_y-p20_y,2)
            
            
            if distance_0_8 > base:
                flag += 1
            if distance_0_12 > base:
                flag += 1
            if distance_0_16 > base:
                flag += 1
            if distance_0_20 > base:
                flag += 1
            if distance_5_4 > base*0.3:
                flag += 1
            if flag>=10:
                flag = 10
            # 关键点可视化
            mp_drawing.draw_landmarks(frame, 
                                      hand_landmarks, 
                                      mp_hands.HAND_CONNECTIONS)
            
          
    cv2.putText(frame,gesture[flag],(50,50),0,1.3,(0,0,255),3)
    cv2.imshow('MediaPipe Hands', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == 27:
        break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

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