RT-DETRv2による人物検知（ソースコードと実行結果）

REM Python をシステム領域にインストール
winget install --scope machine --id Python.Python.3.12 -e --silent
REM Python のパス設定
set "PYTHON_PATH=C:\Program Files\Python312"
set "PYTHON_SCRIPTS_PATH=C:\Program Files\Python312\Scripts"
echo "%PATH%" | find /i "%PYTHON_PATH%" >nul
if errorlevel 1 setx PATH "%PATH%;%PYTHON_PATH%" /M >nul
echo "%PATH%" | find /i "%PYTHON_SCRIPTS_PATH%" >nul
if errorlevel 1 setx PATH "%PATH%;%PYTHON_SCRIPTS_PATH%" /M >nul

winget install --scope machine Codeium.Windsurf -e --silent

# プログラム名: RT-DETRv2による人物検知プログラム
# 特徴技術名: RT-DETRv2 (Real-Time Detection Transformer version 2)
# 出典: W. Lv, Y. Zhao, Q. Chang, K. Huang, G. Wang, and Y. Liu, "RT-DETRv2: Improved Baseline with Bag-of-Freebies for Real-Time Detection Transformer," arXiv preprint arXiv:2407.17140, 2024.
# 特徴機能: Bag-of-Freebiesによる改良ベースラインと選択的マルチスケール特徴抽出による物体検出
# 学習済みモデル: PekingU/rtdetr_v2_r50vd（RT-DETRv2 ResNet-50ベース、Hugging Face Transformers、URL: https://huggingface.co/PekingU/rtdetr_v2_r50vd）
# 方式設計:
#   - 関連利用技術:
#     - PyTorch: 深層学習フレームワーク、CUDA対応によるGPU加速
#     - OpenCV: 画像処理、カメラ制御、描画処理、動画入出力管理
#     - Transformers: Hugging Face Transformersライブラリ
#   - 入力と出力: 入力: 動画（ユーザは「0:動画ファイル，1:カメラ，2:サンプル動画」のメニューで選択．0:動画ファイルの場合はtkinterでファイル選択．1の場合はOpenCVでカメラが開く．2の場合はhttps://raw.githubusercontent.com/opencv/opencv/master/samples/data/vtest.aviを使用）、出力: OpenCV画面でリアルタイム表示（検出した人物をバウンディングボックスで表示）、各フレームごとのprint()による処理結果表示、プログラム終了時にresult.txtファイルに保存
#   - 処理手順: 1.フレーム取得、2.RT-DETRv2推論実行、3.Personクラス（ID=0）のフィルタリング、4.信頼度閾値による選別、5.バウンディングボックス描画
#   - 前処理、後処理: 前処理：PIL Imageへの変換、プロセッサによる自動前処理。後処理：プロセッサによる後処理、信頼度による閾値フィルタリング
#   - 追加処理: CUDA/CPU自動検出機能による実行デバイス選択、検出結果の信頼度降順ソートによる表示順制御、presence_levelの判定（最大信頼度ベース、基準を表示）
#   - 調整を必要とする設定値: CONF_THRESH（人物検出信頼度閾値、デフォルト0.5）- 値を上げると誤検出が減少するが検出漏れが増加
# 将来方策: CONF_THRESHの動的調整機能。フレーム毎の検出数を監視し、検出数が閾値を超えた場合は信頼度を上げ、検出数が少ない場合は下げる適応的制御の実装
# その他の重要事項: Windows環境専用設計、CUDA対応GPU推奨（自動検出・CPUフォールバック機能付き）、初回実行時は学習済みモデルの自動ダウンロード
# 前準備:
#   - pip install -U torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu126
#   - pip install transformers opencv-python numpy pillow

import cv2
import tkinter as tk
from tkinter import filedialog
import torch
import numpy as np
from transformers import RTDetrV2ForObjectDetection, RTDetrImageProcessor
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
import time
import urllib.request
from datetime import datetime

# GPU/CPU自動選択
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
print(f'デバイス: {str(device)}')

# ===== 設定・定数管理 =====
# RT-DETRv2モデル設定
MODEL_NAME = 'PekingU/rtdetr_v2_r50vd'

# 検出パラメータ（調整可能）
CONF_THRESH = 0.5  # 人物検出信頼度閾値（0.0-1.0）
PERSON_CLASS_ID = 0  # COCOデータセットにおけるPersonクラスのID

# 人物の表示色（BGR形式）
PERSON_COLOR = (0, 255, 0)  # 緑（バウンディングボックス用）

# フォント設定
FONT_PATH = 'C:/Windows/Fonts/meiryo.ttc'
FONT_SIZE = 30

# プログラム概要表示
print('=== RT-DETRv2人物検出プログラム ===')
print('概要: リアルタイムで人物を検出し、バウンディングボックスで表示します')
print('機能: RT-DETRv2による人物検出（COCOデータセットのPersonクラス）')
print('操作: 0=動画ファイル選択, 1=カメラ, 2=サンプル動画 / qキーで終了')
print('出力: フレームごとでの処理結果表示、終了時にresult.txt保存')
print()

# RT-DETRv2モデル初期化
print(f'RT-DETRv2モデルを初期化中...')
model = RTDetrV2ForObjectDetection.from_pretrained(MODEL_NAME)
processor = RTDetrImageProcessor.from_pretrained(MODEL_NAME)
model.to(device)
model.eval()
print(f'RT-DETRv2モデルの初期化が完了しました')
print()

frame_count = 0
results_log = []

def video_frame_processing(frame):
    global frame_count
    current_time = time.time()
    frame_count += 1

    # 画像前処理
    frame_pil_input = Image.fromarray(cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    inputs = processor(images=frame_pil_input, return_tensors='pt')
    inputs = {k: v.to(device) for k, v in inputs.items()}

    # 物体検出の実行（推論）
    with torch.no_grad():
        outputs = model(**inputs)

    # 結果処理
    target_sizes = torch.tensor([frame.shape[:2]]).to(device)
    results = processor.post_process_object_detection(
        outputs, target_sizes=target_sizes, threshold=0.0
    )[0]

    persons = []

    if len(results['labels']) > 0:
        boxes = results['boxes'].cpu().numpy()
        scores = results['scores'].cpu().numpy()
        labels = results['labels'].cpu().numpy()

        # Personクラスのみフィルタリング
        person_indices = labels == PERSON_CLASS_ID

        if np.any(person_indices):
            person_boxes = boxes[person_indices]
            person_scores = scores[person_indices]

            # 信頼度でソート（降順）
            sorted_indices = np.argsort(person_scores)[::-1]
            person_boxes = person_boxes[sorted_indices]
            person_scores = person_scores[sorted_indices]

            # 各人物の処理
            for i, (box, score) in enumerate(zip(person_boxes, person_scores)):
                if score >= CONF_THRESH:
                    x1, y1, x2, y2 = map(int, box)
                    persons.append({
                        'box': (x1, y1, x2, y2),
                        'detection_conf': float(score)
                    })

    # presence判定（最大信頼度ベース）
    person_count = len(persons)
    if person_count == 0:
        presence_level = '気配なし'
        max_conf_text = '最大信頼度: N/A'
        max_conf_value = 0.0
    else:
        max_conf_value = max(p['detection_conf'] for p in persons)
        max_conf_text = f'最大信頼度: {max_conf_value:.0%}'
        if max_conf_value < 0.7:
            presence_level = '人影の可能性'
        else:
            presence_level = '人の存在確認'

    result = f'フレーム {frame_count}: {person_count}人検出'
    for i, p in enumerate(persons):
        result += f' | 人物{i+1}: 信頼度{p["detection_conf"]:.0%}'
    result += f' | 判定: {presence_level}（最大信頼度基準: {max_conf_value:.0%}）'

    # バウンディングボックス（OpenCVで矩形のみ描画）
    for i, p in enumerate(persons):
        x1, y1, x2, y2 = p['box']
        cv2.rectangle(frame, (x1, y1), (x2, y2), PERSON_COLOR, 2)

    # テキスト表示はPillowで描画（Meiryo）
    img_pil = Image.fromarray(cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    draw = ImageDraw.Draw(img_pil)
    font = ImageFont.truetype(FONT_PATH, FONT_SIZE)

    # 画面情報
    info1 = f'RT-DETRv2 ({device}) | Frame: {frame_count}'
    info2 = '操作: q=終了'
    draw.text((10, 30), info1, font=font, fill=(255, 255, 255))
    draw.text((10, 70), info2, font=font, fill=(255, 255, 0))

    # 判定結果
    draw.text((10, 110), presence_level, font=font, fill=(0, 255, 0))
    draw.text((10, 150), max_conf_text, font=font, fill=(0, 180, 255))
    draw.text((10, 190), f'Person: {person_count}', font=font, fill=(255, 0, 0))

    # 各人物ラベル（Pillowで描画）
    for i, p in enumerate(persons):
        x1, y1, x2, y2 = p['box']
        draw.text((x1, max(0, y1 - 30)), f'Person {i+1}', font=font, fill=(0, 255, 0))
        draw.text((x1, y2 + 5), f'Conf:{p["detection_conf"]:.1%}', font=font, fill=(255, 255, 255))

    # RGB→BGRに戻す
    frame = cv2.cvtColor(np.array(img_pil), cv2.COLOR_RGB2BGR)

    return frame, result, current_time

print("0: 動画ファイル")
print("1: カメラ")
print("2: サンプル動画")

choice = input("選択: ")

if choice == '0':
    root = tk.Tk()
    root.withdraw()
    path = filedialog.askopenfilename()
    if not path:
        exit()
    cap = cv2.VideoCapture(path)
elif choice == '1':
    cap = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)
    if not cap.isOpened():
        cap = cv2.VideoCapture(0)
    cap.set(cv2.CAP_PROP_BUFFERSIZE, 1)
else:
    # サンプル動画ダウンロード・処理
    SAMPLE_URL = 'https://raw.githubusercontent.com/opencv/opencv/master/samples/data/vtest.avi'
    SAMPLE_FILE = 'vtest.avi'
    urllib.request.urlretrieve(SAMPLE_URL, SAMPLE_FILE)
    cap = cv2.VideoCapture(SAMPLE_FILE)

if not cap.isOpened():
    print('動画ファイル・カメラを開けませんでした')
    exit()

# メイン処理
print('\n=== 動画処理開始 ===')
print('操作方法:')
print('  q キー: プログラム終了')
try:
    while True:
        ret, frame = cap.read()
        if not ret:
            break

        MAIN_FUNC_DESC = "RT-DETRv2による人物検出"
        processed_frame, result, current_time = video_frame_processing(frame)
        cv2.imshow(MAIN_FUNC_DESC, processed_frame)
        if choice == '1':  # カメラの場合
            print(datetime.fromtimestamp(current_time).strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S.%f")[:-3], result)
        else:  # 動画ファイルの場合
            print(frame_count, result)
        results_log.append(result)
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break
finally:
    print('\n=== プログラム終了 ===')
    cap.release()
    cv2.destroyAllWindows()
    if results_log:
        with open('result.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
            f.write('=== 結果 ===\n')
            f.write(f'処理フレーム数: {frame_count}\n')
            f.write(f'使用デバイス: {str(device).upper()}\n')
            if device.type == 'cuda':
                f.write(f'GPU: {torch.cuda.get_device_name(0)}\n')
            f.write('\n')
            f.write('\n'.join(results_log))
        print(f'\n処理結果をresult.txtに保存しました')