人臉識別技術(shù)是基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像或者視頻流，首先判斷其是否存在人臉，如果存在人臉，則進一步的給出每個臉的位置、大小和各個主要面部器官的位置信息。

并依據(jù)這些信息，進一步提取每個人臉中所蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉進行對比，從而識別每個人臉的身份。

1. 人臉識別步驟

梳理一下人臉識別實現(xiàn)的步驟，主要由人臉采集，預(yù)處理，特征提取，匹配與識別四個步驟組成

2. 人臉監(jiān)測

人臉識別首先應(yīng)該先實現(xiàn)人臉監(jiān)測，要先在一張圖片中捕獲到人臉，再去識別圖片中的人臉和數(shù)據(jù)庫中人臉數(shù)據(jù)進行比較。

人臉檢測的最常見方法是使用"Haar 分類器"?；?Haar 功能的級聯(lián)分類器的對象檢測是 Paul Viola 和 Michael Jones 提出的一種有效的對象檢測、基于機器學(xué)習(xí)的方法。

進行人臉檢測需要大量的圖像數(shù)據(jù)來訓(xùn)練分類器,然后從中提取特征,使用OpenCV可以進行人臉的訓(xùn)練和推理，也可以訓(xùn)練自己的分類器為任何對象進行分類，同時OpenCV包含許多預(yù)先訓(xùn)練過的分類器，我們只需要調(diào)用OpenCV的接口就可以。

代碼如下：

#導(dǎo)入cv模塊
import cv2 as cv
#檢測函數(shù)
def face_detect():
  gary = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGR2GRAY)
  face_detect = cv.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')
  face = face_detect.detectMultiScale(gary)
  for x,y,w,h in face:
    cv.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),color=(0,0,255),thickness=2)
  cv.imshow('result',img)


#讀取圖像
img = cv.imread('face2.jpg')
#檢測函數(shù)
face_detect()
#等待
while True:
  if ord('q') == cv.waitKey(0):
    break
#釋放內(nèi)存
cv.destroyAllWindows()

在代碼中，首先對讀取的圖像進行了灰度處理,然后引入級聯(lián)分類器文件，通過detectMultiScale()函數(shù)來調(diào)用分類器功能

通過rectangle()函數(shù)來標記圖像中的面孔，如果發(fā)現(xiàn)人臉，它會返回檢測到的面部位置，作為左上角（x，y）的矩形，并將”w”作為寬度，將”h”作為高度 。

運行效果如下：

3. 錄入人臉功能模塊

導(dǎo)入第三方庫：

import cv2
import os
from PIL import Image
import numpy as np

OS：主要是對文件和文件夾進行操作，在Python中對?件和?件夾的操作要借助os模塊??的相關(guān)功能。

PIL：python中最常用的圖形處理庫，PIL支持圖像存儲、顯示和處理，它能夠處理幾乎所有圖片格式，可以完成對圖像的縮放、裁剪、疊加以及圖像添加線條、圖像和文字等操作。

NumPy：一個由多維數(shù)組對象和用于處理數(shù)組的例程集合組成的庫?？梢詧?zhí)行以下操作：數(shù)組的算數(shù)和邏輯運算。傅立葉變換和用于圖形操作的例程。與線性代數(shù)有關(guān)的操作。NumPy 擁有線性代數(shù)和隨機數(shù)生成的內(nèi)置函數(shù)。

存儲人臉數(shù)據(jù)：

facesSamples=[]

存儲姓名數(shù)據(jù)：

ids=[]

存儲圖片信息：

imagePaths=[os.path.join(path,f) for f in os.listdir(path)]

加載分類器：

face_detector = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_alt2.xml'

遍歷列表中的圖片：

for imagePath in imagePaths:

將打開的圖片灰度化：

PIL_img = Image.open(imagePath).convert('L')

將圖片轉(zhuǎn)化為數(shù)組：

img_numpy = np.array(PIL_img,'uint8')

獲取圖片人臉特征：

faces = face_detector.detectMultiScale(img_numpy)

獲取每一張拍攝圖片的id與姓名：

id = int(os.path.split(imagePath)[1].split('.')[0])

做判斷，預(yù)防拍攝無面容圖片：

for x,y,w,h in faces:
   ids.append(id)
   facesSamples.append(img_numpy[y:y+h,x:x+w])

打印面部特征與id，并返回數(shù)據(jù)：

 print('id',id)
print('fs:',facesSamples)
return facesSamples,ids

調(diào)用圖片路徑：

path='./data/jm/'

獲取圖像數(shù)組和id標簽數(shù)組和姓名：

faces,ids=getImageAndLabels(path)

加載識別器：

recognizer = cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()

訓(xùn)練數(shù)據(jù)：

recognizer.train(faces,np.array(ids))

保存面部特征到文件夾：

recognizer.write('tupian/tupian.yml')

完整代碼如下：

import os
import cv2
from PIL import Image
import numpy as np


def getImageAndLabels(path):
  facesSamples=[]
  ids=[]
  imagePaths=[os.path.join(path,f) for f in os.listdir(path)]
  #檢測人臉
  face_detector = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_alt2.xml')
  #打印數(shù)組imagePaths
  print('數(shù)據(jù)排列：',imagePaths)
  #遍歷列表中的圖片
  for imagePath in imagePaths:
    #打開圖片,黑白化
    PIL_img=Image.open(imagePath).convert('L')
    #將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)組，以黑白深淺
    # PIL_img = cv2.resize(PIL_img, dsize=(400, 400))
    img_numpy=np.array(PIL_img,'uint8')
    #獲取圖片人臉特征
    faces = face_detector.detectMultiScale(img_numpy)
    #獲取每張圖片的id和姓名
    id = int(os.path.split(imagePath)[1].split('.')[0])
    #預(yù)防無面容照片
    for x,y,w,h in faces:
      ids.append(id)
      facesSamples.append(img_numpy[y:y+h,x:x+w])


    print('id:', id)


  print('fs:', facesSamples)


  return facesSamples,ids


if __name__ == '__main__':
  #圖片路徑
  path='./data/jm/'
  #獲取圖像數(shù)組和id標簽數(shù)組和姓名
  faces,ids=getImageAndLabels(path)
  #獲取訓(xùn)練對象
  recognizer=cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()
  #recognizer.train(faces,names)#np.array(ids)
  recognizer.train(faces,np.array(ids))
  #保存文件
  recognizer.write('trainer/trainer.yml')
  #save_to_file('names.txt',names)

4. 人臉識別

人臉識別器已經(jīng)完成，現(xiàn)在要在相機上捕獲人臉。如果此人之前拍攝并訓(xùn)練過他的臉，識別器將做出預(yù)測，返回ID名。

使用剛剛訓(xùn)練的識別器模型(加載trainer.yml)，然后就和剛剛“人臉分類器”的步驟一樣去進行人臉識別，并且recognizer.predict將返回每張圖片識別后的匹配率。

人臉識別實現(xiàn)函數(shù)如下：

def face_detect(img):
  gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)#轉(zhuǎn)換為灰度
  face_detector=cv2.CascadeClassifier(r'haarcascade_frontalface_alt2.xml')
  face=face_detector.detectMultiScale(gray,1.1,5,cv2.CASCADE_SCALE_IMAGE,(100,100),(300,300))
  #face=face_detector.detectMultiScale(gray)
  for x,y,w,h in face:
    cv2.circle(img,center=(x+w//2,y+h//2),radius=w//2,color=(0,255,0),thickness=1)
    # 人臉識別
    ids, confidence = recogizer.predict(gray[y:y + h, x:x + w])
    #print('標簽id:',ids,'置信評分：', confidence)
    if confidence > 80:
      cv2.putText(img, 'unkonw', (x + 10, y - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.75, (0, 255, 0), 1)
    else:
      cv2.putText(img,str(names[ids-1]), (x + 10, y - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.75, (0, 255, 0), 1)
  cv2.imshow('result',img)

添加名字標簽:

#名字標簽
def name():
  path = './tupian/'
  # names = []
  imagePaths=[os.path.join(path,f) for f in os.listdir(path)]
  for imagePath in imagePaths:
    name = str(os.path.split(imagePath)[1].split('.',2)[1])
    names.append(name)

加載監(jiān)控或已保存下來的視頻：

#加載視頻
cap=cv2.VideoCapture(8)
name()
while True:
  flag,frame=cap.read()
  if not flag:
    break
  face_detect_demo(frame)
  if ord(' ') == cv2.waitKey(10):
    break
#釋放內(nèi)存+視頻
cv2.destroyAllWindows()
cap.release()

最終效果如下

5. 遇到的問題

旭日x3派并沒有opencv-contrib-python庫,需要通過

pip install opencv-contrib-python

進行安裝

用OPENCV出現(xiàn)這樣的錯誤:

cpp error: (-215:Assertion failed) !_src.empty() in function 'cv::cvtColor'

這個錯誤可能是因為圖片路徑形式書寫錯誤，圖片的格式不對，圖片的數(shù)量不一致，路徑中存在中文導(dǎo)致

審核編輯：劉清