AI视觉组仙人一步之高级玩法——从Python回归C语言

开心的程序猿@NXP

本文专为参加今年大学生智能车竞赛AI视觉组的同学们而写，也很适合其他对MCU上AI应用感兴趣的朋友。

读过之前两篇的童鞋们，想来已经开始着手开发属于自己的AI视觉应用了，当然，手中还没有OpenART套件的朋友们，也不用着急，可以先参照'智能车大赛AI视觉组参考答案'在PC上先试训一下AI模型，然后结合AI视觉组仙人一步之模型量化，熟悉一下模型部署流程。

在智能车大赛AI视觉组参考答案推文中，小编介绍了如何借助OpenART所提供的python接口，在openMV IDE中编写脚本以运行AI模型。Python以其简单易用的特点，可以说极大的减轻了我们的开发负荷。

但是，想必高级玩家已经不满足止步于只使用python了吧。

了解我们的OpenART套件的童鞋们肯定知道，套件本身是集成了RT-Thread这款RTOS的，何不尝试点新玩法？挑战点高难度，尝试下用C来直接写code，在小伙伴面前炫耀一下？

也正式因为有了RTOS的加持，每一个任务本身在RTOS中都作为一个独立线程存在，想要为项目添加新功能的话，只需要为其创建一个新的线程即可，无需更改已有裸机代码。

本文的目的就是展示给大家，如何以线程的方式在工程中添加一个新的功能，以实现对于tflite micro推理引擎的直接调用。

那么，话不多说，直接开整。

首先介绍一下如何在OpenART中创建一个新的线程（OpenART中集成了RT-Thread操作系统，因此如下操作都是以RT-Thread为基础的）：

下面开始编写线程主函数，主要包括以下内容：

一、初始化摄像头：

因为我们需要通过摄像头读取指令，由于我们已经不再使用python脚本，摄像头初始化部分需要手动进行，到了这里，是不是要劝退一些小伙伴了呢？别急，还有更厉害的在后面，感受C语言的魅力吧！

初始化流程和python调用流程类似，只不过我们这次要直接进行函数调用，来实现摄像头模块的初始化，这里要感谢RT-Thread所提供的设备管理框架，能够让我们能够方便的实现这一功能：

二、读取图像：

大家可能注意到了这个fb_alloc，可能有同学会问，这个不是Micropython中的吗？这里还能用吗，当然，大家可以把它理解成一个内存管理器，是可以用C来直接进行函数调用的：

这个image_t结构体，实际上它包含了图像的所有信息，就可以直接进行处理了。

三、模型推理：

至此，代码中所涉及到的图像采集部分就到此为止了，下面开始介绍模型推理部分。

不过，要提前说明的是，在这里我们没有保留python API所实现的图像输入部分，即可以通过设置窗口滑动步长和窗口放缩比，来实现多尺度下的图像识别，我们假设要识别的物体充满整个屏幕，即识别区域为整副摄像头采集的图像，而这就丧失了多目标识别能力，有兴趣的玩家可以自行实现。

那么如何利用tflite micro进行模型推断呢？

⊙  首先第一步是读取模型，model_data就是以二进制方式读取的tflite模型，在OpenART中，我们采用DFS文件系统来进行模型文件的读取，full_path根据：

⊙ 之后是实例化操作解析器和模型解释器，其中，解析器用来访问Tensorflow的操作，可以扩展此类以向项目中添加自定义操作。解释器是用来对模型进行结构上的解析，以进行模型求解。

⊙  运算之前，我们需要预先为输入、输出以及中间数组分配一定的内存。因此，用户需要预分配一个大小为tensor_arena_size的uint8_t的数组，传递给模型解析器。

⊙ 随后还需要调用函数对预分配的tensor arena进行分配：

⊙ 至此，万事俱备，只欠东风了，而我们的东风就是待识别的图像，tflite模型的输入，是通过对input tensor进行赋值实现的，实现方法也很简单，我们只需要将第二步读取到的图像数据，按照模型输入的要求进行处理后，直接对其赋值即可：

这里我们假设image是已经按照模型出入要求处理好的图像数据，size是其大小，实际情况下，可以随机应变，宗旨就是要对model_input->data.data这个变量进行遍历赋值。

让我们的模型解释器开始干活，还需要最后一步：

⊙ 最后，怎样获取结果呢？和设置input tensor大同小异，我们这次要获取output tensor, 需要注意的是这里的model_output->data.data是个void*类型，需要根据model_output->type进行指针的强制类型转化：

至此，运行tflite模型的所有所需代码均已介绍完毕，当然，为了方便使用，小编已经为大家亲手烹制了对应的库，已经集成了这些函数，可以直接调用。

⊙  这里面比较重要的是两个callback函数，要注意的是，这两个函数会在函数内部自动调用，用户需要传入input_callback_data和output_callback_data，下面进行一一说明。

  • 首先是input_callback，其定义如下，用户需要自行实现其函数体，其作用是，根据传入的input_height,input_width, input_channels对采集的图像进行放缩处理，is_float表示数据是否转换为浮点数表示，最后对model_input进行赋值：
  • 与其对应的是output_callback, 其定义如下，其作用是，根据传入的output_height,output_width, output_channels对采集的图像进行放缩处理，is_float表示结果是否为浮点数表示，最后将model_ouput的值赋值到callback_data中：

四、导出：

最后一步是导出到msh命令行，这样才可以在系统启动后，在RT-Thread的命令窗口中进行调用，这里我们通过EXPORT_MSH_CMD()这个特殊的宏进行命令的声明：

这里包含两部分的内容，以逗号进行分割，第一部分既代表命令行中所对应的命令，又代表当输入tflite_micro这一命令时所调用的函数名，没错，我们就是要把我们创建tflite线程的函数tflite_micro_main放到这里面，这样，我们就导出了一个叫做tflite_micro的命令，当我们运行这一命令时，所创建的tflite micro线程就会被调用。第二部分，是对于指令的描述。

至此，我们的菜就全部备齐了，这里略过1万字的代码调试以及下载过程，在出现的msh命令行窗口中输入tflite_micro，将待识别的图像对准摄像头，即可进行物体的识别：

msh /> tflite_micro

运行结果：

不过，由于我们是直接以线程的形式调用tflite micro的推理引擎，因此没有办法在使用openmv ide进行图像的预览了，不过，如果拥有一块LCD的小伙伴，就可以不用慌张了，可以显示在LCD屏幕上一睹芳容。

本期，小编为大家带来了如何在底层以新建线程的方式直接调用tflite micro推理引擎，参考代码位于https://gitee.com/crist_xu/tflite_thread_call.git，不过，代码并不包含OpenART代码包，同学们可以参考下实现，等到OpenART软件包正式和大家见面之后再进行动手。

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