GazeML

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578 147 较难 1 次阅读 1周前MIT图像开发框架
AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

GazeML 是一个基于 TensorFlow 构建的深度学习框架,专注于高性能的视线估计(Gaze Estimation)任务。它的核心目标是让计算机能够通过摄像头捕捉的人眼图像,精准判断用户正在注视屏幕上的哪个位置,从而解决非接触式人机交互中的关键感知难题。

该框架集成了多种前沿算法模型,包括基于眼部区域特征点的 ELG 模型和深度图像视线估计 DPG 模型。这些模型经过重新实现与优化,不仅在无约束环境下表现稳健,还通过精简结构实现了更高效的推理性能。GazeML 提供了完整的数据处理、模型训练及预训练权重下载流程,并附带了可直接调用摄像头的演示程序,方便用户快速验证效果。

GazeML 主要面向计算机视觉领域的研究人员、AI 开发者以及对人机交互技术感兴趣的技术爱好者。对于希望复现学术成果、进行二次开发或构建视线追踪应用的团队来说,它提供了一个扎实且灵活的代码基础。需要注意的是,由于涉及深度学习环境配置与模型训练,普通用户若无相关技术背景,上手难度可能较高。总体而言,GazeML 是探索视线追踪技术不可多得的开源利器。

使用场景

某无障碍交互实验室正在为渐冻症(ALS)患者开发一套仅靠眼球控制的光标系统,以替代传统鼠标操作。

没有 GazeML 时

  • 环境适应性差:传统算法严重依赖特定光照和头部姿态,患者在家中自然光下或轻微转头时,光标就会剧烈抖动甚至丢失目标。
  • 开发门槛极高:团队需从零复现复杂的深度学习论文(如 ELG 或 DPG),花费数周时间调试数据预处理和模型架构,难以快速验证想法。
  • 校准过程繁琐:每次使用前都需要用户长时间注视多个校准点,对于注意力难以集中的重症患者来说,这一过程极其痛苦且成功率低。
  • 硬件依赖性强:为了获得可用精度,往往被迫绑定昂贵的专用眼动仪,无法在普通笔记本摄像头上运行,限制了工具的普及性。

使用 GazeML 后

  • 非受限场景鲁棒性高:利用 GazeML 集成的 ELG 模型,系统能基于眼部地标特征在“非受限设置”下工作,即使患者头部转动或室内光线变化,光标依然稳定跟随视线。
  • 快速原型落地:借助 GazeML 提供的 TensorFlow 框架和预训练权重,开发人员只需运行几行命令即可加载高性能模型,将原本数周的算法研发缩短至几天。
  • 免校准或轻校准体验:得益于深度 pictorial gaze 估计能力,系统大幅减少了对显式校准的依赖,患者打开软件即可开始操作,显著降低了使用负担。
  • 低成本部署方案:GazeML 优化后的轻量级模型可直接在普通 USB 摄像头上运行,让患者无需购买昂贵设备,仅用家用电脑就能实现精准的眼控交互。

GazeML 通过提供开箱即用的高性能视线估计框架,将前沿学术成果转化为低门槛、高鲁棒性的实际生产力,真正让技术服务于特殊群体的日常需求。

运行环境要求

操作系统
  • Linux (Ubuntu 16.04)
GPU

未说明 (基于 TensorFlow,通常建议 NVIDIA GPU,但文中未明确型号或显存要求)

内存

未说明

依赖
notes该框架仅在 Ubuntu 16.04 系统上经过测试。TensorFlow 需单独安装以支持自定义 wheel 文件。建议使用虚拟环境(如 virtualenv 或 virtualenvwrapper)进行安装。运行前需执行脚本下载 MPIIGaze 训练数据及预训练权重。
pythonPython 3
TensorFlow
GazeML hero image

快速开始

GazeML

一个基于 TensorFlow 的深度学习框架,用于训练高性能的眼球注视估计模型。

请注意,尽管该框架可能适用于多种平台,但它目前仅在 Ubuntu 16.04 系统上进行了测试。

所有实现均为对已发表算法的重新实现,因此提供的模型不应被视为参考标准。

当前该框架集成了以下模型:

ELG

基于眼区关键点的注视估计。

Seonwook Park, Xucong Zhang, Andreas Bulling 和 Otmar Hilliges. “学习在非约束环境下为远程注视估计寻找眼区关键点”。载于 2018 年 ACM 眼动追踪研究与应用研讨会论文集,第 21 页。ACM,2018 年。

DPG

深度图像化注视估计

Seonwook Park, Adrian Spurr 和 Otmar Hilliges. “深度图像化注视估计”。载于欧洲计算机视觉会议,2018 年。

要下载 MPIIGaze 训练数据,请运行 bash get_mpiigaze_hdf.bash

注:此重实现与原始提出的实现有所不同,在 MPIIGaze 数据集内部验证条件下达到 4.63 度的误差。这些改动旨在获得相当的性能,并使模型更加精简。

安装依赖

必要时加上 sudo 后运行:

python3 setup.py install

请注意,这也可以在 虚拟环境 中完成。在这种情况下,命令序列类似于:

    mkvirtualenv -p $(which python3) myenv
    python3 setup.py install

使用 virtualenvwrapper 时。

Tensorflow

假设 TensorFlow 已单独安装,以便在需要时使用 自定义 wheel 文件

请按照 TensorFlow 的官方安装指南进行操作 这里

获取预训练权重

要获取本仓库提供的预训练权重,请运行:

    bash get_trained_weights.bash

运行演示

要运行摄像头演示,请执行以下步骤:

    cd src
    python3 elg_demo.py

如需查看可用选项,请改用:

    python3 elg_demo.py --help

结构

  • datasets/ - 所有用于训练/验证/测试所需的数据源。
  • outputs/ - 模型的所有输出文件都将放置于此,包括日志、摘要和检查点。
  • src/ - 所有源代码。
    • core/ - 基础类
    • datasources/ - 用于读取和预处理训练及测试数据的例程
    • models/ - 神经网络定义
    • util/ - 工具方法

常见问题

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