计算机视觉项目-人脸识别与检测

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作者丨吃猫的鱼python @CSDN

编辑丨3D视觉开发者社区

目

录

 content

一.项目介绍前言

二.识别检测方法

• 本文方法

• 项目解析

三.完整代码及效果展示

一、项目介绍前言

人脸识别作为一种生物特征识别技术，具有非侵扰性、非接触性、友好性和便捷性等优点。人脸识别通用的流程主要包括人脸检测、人脸裁剪、人脸校正、特征提取和人脸识别。人脸检测是从获取的图像中去除干扰，提取人脸信息，获取人脸图像位置，检测的成功率主要受图像质量，光线强弱和遮挡等因素影响。下图是整个人脸检测过程。

二、识别检测方法

传统识别方法
(1)基于点云数据的人脸识别
(2)基于面部特征的3D人脸识别

深度学习识别方法
(1)基于深度图的人脸识别
(2)基于RGB-3DMM的人脸识别
(3)基于RGB-D的人脸识别

🌙本文方法

关键点定位概述
一般人脸中有5个关键点，其中包括眼睛两个，鼻子一个，嘴角两个。还可以细致的分为68个关键点，这样的话会概括的比较全面，我们本次研究就是68个关键点定位。

上图就是我们定位人脸的68个关键点，其中他的顺序是要严格的进行排序的。从1到68点的顺序不能错误。

🌙项目解析

使用机器学习框架dlib做本次的项目。首先我们要指定参数时，要把dlib中的68关键点人脸定位找到。设置出来的68关键点人脸定位找到。并且设置出来。

from collections import OrderedDictimport numpy as npimport argparseimport dlibimport cv2

首先我们导入工具包。其中dlib库是通过这个网址http:///files/进行下载的。然后我们导入参数。

ap = argparse.ArgumentParser()ap.add_argument('-p', '--shape-predictor', required=True,  help='path to facial landmark predictor')ap.add_argument('-i', '--image', required=True,  help='path to input image')args = vars(ap.parse_args())

这里我们要设置参数，

--shape-predictor shape_predictor_68_face_landmarks.dat --image images/lanqiudui.jpg。如果一张图像里面有多个人脸，那么我们分不同部分进行检测，裁剪出来所对应的ROI区域。我们的整体思路就是先检测人脸所在的一个区域位置，然后检测鼻子相对于人脸框所在的一个位置，比如说人的左眼睛在0.2w，0.2h的人脸框处。

FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS = OrderedDict([ ('mouth', (48, 68)), ('right_eyebrow', (17, 22)), ('left_eyebrow', (22, 27)), ('right_eye', (36, 42)), ('left_eye', (42, 48)), ('nose', (27, 36)), ('jaw', (0, 17))])

这个是68个关键点定位的各个部位相对于人脸框的所在位置。分别对应着嘴，左眼、右眼、左眼眉、右眼眉、鼻子、下巴。

FACIAL_LANDMARKS_5_IDXS = OrderedDict([  ('right_eye', (2, 3)),  ('left_eye', (0, 1)),  ('nose', (4))])

如果是5点定位，那么就需要定位左眼、右眼、鼻子。0、1、2、3、4分别表示对应的5个点。

detector = dlib.get_frontal_face_detector()predictor = dlib.shape_predictor(args['shape_predictor'])

加载人脸检测与关键点定位。加载出来。其中detector默认的人脸检测器。然后通过传入参数返回人脸检测矩形框4点坐标。其中predictor以图像的某块区域为输入，输出一系列的点（point location）以表示此图像region里object的姿势pose。返回训练好的人脸68特征点检测器。

image = cv2.imread(args['image'])(h, w) = image.shape[:2]width=500r = width / float(w)dim = (width, int(h * r))image = cv2.resize(image, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

这里我们把数据读了进来，然后进行需处理，提取h和w，其中我们自己设定图像的w为500，然后按照比例同比例设置h。然后进行了resize操作，最后转化为灰度图。

rects = detector(gray, 1)

这里调用了detector的人脸框检测器，要使用灰度图进行检测，这个1是重采样个数。这里面返回的是人脸检测矩形框4点坐标。然后对检测框进行遍历

for (i, rect) in enumerate(rects):  # 对人脸框进行关键点定位  # 转换成ndarray  shape = predictor(gray, rect)  shape = shape_to_np(shape)

这里面返回68个关键点定位。shape_to_np这个函数如下。

def shape_to_np(shape, dtype='int'): # 创建68*2 coords = np.zeros((shape.num_parts, 2), dtype=dtype) # 遍历每一个关键点 # 得到坐标 for i in range(0, shape.num_parts): coords[i] = (shape.part(i).x, shape.part(i).y)  return coords

这里shape_to_np函数的作用就是得到关键点定位的坐标。

for (name, (i, j)) in FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS.items():    clone = image.copy()    cv2.putText(clone, name, (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,      0.7, (0, 0, 255), 2) 
    # 根据位置画点    for (x, y) in shape[i:j]:      cv2.circle(clone, (x, y), 3, (0, 0, 255), -1)
    # 提取ROI区域    (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(np.array([shape[i:j]]))        roi = image[y:y + h, x:x + w]    (h, w) = roi.shape[:2]    width=250    r = width / float(w)    dim = (width, int(h * r))    roi = cv2.resize(roi, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)        # 显示每一部分    cv2.imshow('ROI', roi)    cv2.imshow('Image', clone)    cv2.waitKey(0)

这里字典FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS.items()是同时提取字典中的key和value数值。然后遍历出来这几个区域，并且进行显示具体是那个区域，并且将这个区域画圆。随后提取roi区域并且进行显示。后面部分就是同比例显示w和h。然后展示出来。

output = visualize_facial_landmarks(image, shape) cv2.imshow('Image', output)  cv2.waitKey(0)

最后展示所有区域。
其中visualize_facial_landmarks函数就是：

def visualize_facial_landmarks(image, shape, colors=None, alpha=0.75):  # 创建两个copy  # overlay and one for the final output image  overlay = image.copy()  output = image.copy()  # 设置一些颜色区域  if colors is None:    colors = [(19, 199, 109), (79, 76, 240), (230, 159, 23),      (168, 100, 168), (158, 163, 32),      (163, 38, 32), (180, 42, 220)]  # 遍历每一个区域  for (i, name) in enumerate(FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS.keys()):    # 得到每一个点的坐标    (j, k) = FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS[name]    pts = shape[j:k]    # 检查位置    if name == 'jaw':      # 用线条连起来      for l in range(1, len(pts)):        ptA = tuple(pts[l - 1])        ptB = tuple(pts[l])        cv2.line(overlay, ptA, ptB, colors[i], 2)    # 计算凸包    else:      hull = cv2.convexHull(pts)      cv2.drawContours(overlay, [hull], -1, colors[i], -1)  # 叠加在原图上，可以指定比例  cv2.addWeighted(overlay, alpha, output, 1 - alpha, 0, output)  return output

这个函数是计算cv2.convexHull凸包的，也就是下图这个意思。

这个函数cv2.addWeighted是做图像叠加的。

src1, src2：需要融合叠加的两副图像，要求大小和通道数相等

alpha：src1 的权重

beta：src2 的权重

gamma：gamma 修正系数，不需要修正设置为 0

dst：可选参数，输出结果保存的变量，默认值为 None

dtype：可选参数，输出图像数组的深度，即图像单个像素值的位数（如 RGB 用三个字节表示，则为 24 位），选默认值 None 表示与源图像保持一致。

dst = src1 × alpha + src2 × beta + gamma;上面的式子理解为，结果图像 = 图像 1× 系数 1+图像 2× 系数 2+亮度调节量。

三、完整代码及效果展示

from collections import OrderedDictimport numpy as npimport argparseimport dlibimport cv2ap = argparse.ArgumentParser()ap.add_argument('-p', '--shape-predictor', required=True, help='path to facial landmark predictor')ap.add_argument('-i', '--image', required=True, help='path to input image')args = vars(ap.parse_args())FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS = OrderedDict([ ('mouth', (48, 68)), ('right_eyebrow', (17, 22)), ('left_eyebrow', (22, 27)), ('right_eye', (36, 42)), ('left_eye', (42, 48)), ('nose', (27, 36)), ('jaw', (0, 17))])FACIAL_LANDMARKS_5_IDXS = OrderedDict([ ('right_eye', (2, 3)), ('left_eye', (0, 1)), ('nose', (4))])def shape_to_np(shape, dtype='int'): # 创建68*2 coords = np.zeros((shape.num_parts, 2), dtype=dtype) # 遍历每一个关键点 # 得到坐标 for i in range(0, shape.num_parts): coords[i] = (shape.part(i).x, shape.part(i).y) return coordsdef visualize_facial_landmarks(image, shape, colors=None, alpha=0.75): # 创建两个copy # overlay and one for the final output image overlay = image.copy() output = image.copy() # 设置一些颜色区域 if colors is None: colors = [(19, 199, 109), (79, 76, 240), (230, 159, 23), (168, 100, 168), (158, 163, 32), (163, 38, 32), (180, 42, 220)] # 遍历每一个区域 for (i, name) in enumerate(FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS.keys()): # 得到每一个点的坐标 (j, k) = FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS[name] pts = shape[j:k] # 检查位置 if name == 'jaw': # 用线条连起来 for l in range(1, len(pts)): ptA = tuple(pts[l - 1]) ptB = tuple(pts[l]) cv2.line(overlay, ptA, ptB, colors[i], 2) # 计算凸包 else: hull = cv2.convexHull(pts) cv2.drawContours(overlay, [hull], -1, colors[i], -1) # 叠加在原图上，可以指定比例 cv2.addWeighted(overlay, alpha, output, 1 - alpha, 0, output) return output# 加载人脸检测与关键点定位detector = dlib.get_frontal_face_detector()predictor = dlib.shape_predictor(args['shape_predictor'])# 读取输入数据，预处理image = cv2.imread(args['image'])(h, w) = image.shape[:2]width=500r = width / float(w)dim = (width, int(h * r))image = cv2.resize(image, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA)gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 人脸检测rects = detector(gray, 1)# 遍历检测到的框for (i, rect) in enumerate(rects): # 对人脸框进行关键点定位 # 转换成ndarray shape = predictor(gray, rect) shape = shape_to_np(shape) # 遍历每一个部分 for (name, (i, j)) in FACIAL_LANDMARKS_68_IDXS.items(): clone = image.copy() cv2.putText(clone, name, (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2) # 根据位置画点 for (x, y) in shape[i:j]: cv2.circle(clone, (x, y), 3, (0, 0, 255), -1) # 提取ROI区域 (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(np.array([shape[i:j]])) roi = image[y:y + h, x:x + w] (h, w) = roi.shape[:2] width=250 r = width / float(w) dim = (width, int(h * r)) roi = cv2.resize(roi, dim, interpolation=cv2.INTER_AREA) # 显示每一部分 cv2.imshow('ROI', roi) cv2.imshow('Image', clone) cv2.waitKey(0) # 展示所有区域 output = visualize_facial_landmarks(image, shape) cv2.imshow('Image', output)  cv2.waitKey(0)

最终将7个人的人脸都依次的检测到了。并且根据关键点定位到了。

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