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使用python3.7和opencv4.1来实现人脸识别和人脸特征比对以及模型训练

用户9127725

发布于 2022-08-08 02:26:34

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OpenCV4.1已经发布将近一年了，其人脸识别速度和性能有了一定的提高，这里我们使用opencv来做一个实时活体面部识别的demo

首先安装一些依赖的库

pip install opencv-python
pip install opencv-contrib-python
pip install numpy
pip install pillow

需要注意一点，最好将pip设置国内的源，否则安装会很慢

win10在用户目录下创建一个pip文件夹，然后在pip文件夹内创建一个pip.ini文件，文件内容如下

[global]

trusted-host = mirrors.aliyun.com

index-url = http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple

这样就可以用国内的源来下载安装包

一开始，我们可以简单的在摄像头中识别人的脸部和眼镜，原来就是用opencv内置的分类器，对直播影像中的每一帧进行扫描

import numpy as np
import cv2

from settings import src

# 人脸识别
faceCascade = cv2.CascadeClassifier(src+'haarcascade_frontalface_default.xml')

# 识别眼睛
eyeCascade = cv2.CascadeClassifier(src+'haarcascade_eye.xml')

# 开启摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)
ok = True

result = []

while ok:
    # 读取摄像头中的图像，ok为是否读取成功的判断参数
    ok, img = cap.read()
    # 转换成灰度图像
    gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 人脸检测
    faces = faceCascade.detectMultiScale(
        gray,     
        scaleFactor=1.2,
        minNeighbors=5,     
        minSize=(32, 32)
    )

    # 在检测人脸的基础上检测眼睛
    for (x, y, w, h) in faces:
        fac_gray = gray[y: (y+h), x: (x+w)]
        result = []
        eyes = eyeCascade.detectMultiScale(fac_gray, 1.3, 2)

        # 眼睛坐标的换算，将相对位置换成绝对位置
        for (ex, ey, ew, eh) in eyes:
            result.append((x+ex, y+ey, ew, eh))

    # 画矩形
    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(img, (x, y), (x+w, y+h), (255, 0, 0), 2)

    for (ex, ey, ew, eh) in result:
        cv2.rectangle(img, (ex, ey), (ex+ew, ey+eh), (0, 255, 0), 2)
 
    cv2.imshow('video', img)

    k = cv2.waitKey(1)
    if k == 27:    #按 'ESC' to quit
        break
 
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

第二步，就是为模型训练收集训练数据，还是通过摄像头逐帧来收集，在脚本运行过程中，会提示输入用户id，请从0开始输入，即第一个人的脸的数据id为0，第二个人的脸的数据id为1，运行一次可收集一张人脸的数据

脚本时间可能会比较长，会将摄像头每一帧的数据进行保存，保存路径在项目目录下的Facedat目录，1200个样本后退出摄像录制

import cv2
import os
# 调用笔记本内置摄像头，所以参数为0，如果有其他的摄像头可以调整参数为1，2
from settings import src

cap = cv2.VideoCapture(0)

face_detector = cv2.CascadeClassifier(src+'haarcascade_frontalface_default.xml')
face_id = input('n enter user id:')

print('n Initializing face capture. Look at the camera and wait ...')

count = 0

while True:

    # 从摄像头读取图片

    sucess, img = cap.read()

    # 转为灰度图片

    gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 检测人脸

    faces = face_detector.detectMultiScale(gray, 1.3, 5)

    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(img, (x, y), (x+w, y+w), (255, 0, 0))
        count += 1

        # 保存图像
        cv2.imwrite("./Facedata/User." + str(face_id) + '.' + str(count) + '.jpg', gray[y: y + h, x: x + w])

        cv2.imshow('image', img)

    # 保持画面的持续。

    k = cv2.waitKey(1)

    if k == 27:   # 通过esc键退出摄像
        break

    elif count >= 1200:  # 得到1000个样本后退出摄像
        break

# 关闭摄像头
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

第三步，对收集下来的人脸数据进行模型训练，提取特征，训练后，会将特征数据保存在项目目录中的face_trainer文件夹下面

import numpy as np
from PIL import Image
import os
import cv2
from settings import src
# 人脸数据路径
path = 'Facedata'

recognizer = cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()
detector = cv2.CascadeClassifier(src+"haarcascade_frontalface_default.xml")

def getImagesAndLabels(path):
    imagePaths = [os.path.join(path, f) for f in os.listdir(path)]  
    faceSamples = []
    ids = []
    for imagePath in imagePaths:
        PIL_img = Image.open(imagePath).convert('L')   # convert it to grayscale
        img_numpy = np.array(PIL_img, 'uint8')
        id = int(os.path.split(imagePath)[-1].split(".")[1])
        faces = detector.detectMultiScale(img_numpy)
        for (x, y, w, h) in faces:
            faceSamples.append(img_numpy[y:y + h, x: x + w])
            ids.append(id)
    return faceSamples, ids


print('训练需要一定时间，请耐心等待....')
faces, ids = getImagesAndLabels(path)
recognizer.train(faces, np.array(ids))

recognizer.write(r'./face_trainer/trainer.yml')
print("{0} faces trained. Exiting Program".format(len(np.unique(ids))))

最后一步，人脸测试，我们将摄像头中的人脸和模型中的特征进行比对，用来判断是否为本人

import cv2
from settings import src

recognizer = cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()
recognizer.read('./face_trainer/trainer.yml')
cascadePath = src+"haarcascade_frontalface_default.xml"
faceCascade = cv2.CascadeClassifier(cascadePath)
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX

idnum = 0

names = ['andonghui', 'admin']

cam = cv2.VideoCapture(0)
minW = 0.1*cam.get(3)
minH = 0.1*cam.get(4)

while True:
    ret, img = cam.read()
    gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    faces = faceCascade.detectMultiScale(
        gray,
        scaleFactor=1.2,
        minNeighbors=5,
        minSize=(int(minW), int(minH))
    )

    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(img, (x, y), (x+w, y+h), (0, 255, 0), 2)
        idnum, confidence = recognizer.predict(gray[y:y+h, x:x+w])

        if confidence < 100:
            idnum = names[idnum]
            confidence = "{0}%".format(round(100 - confidence))
        else:
            idnum = "unknown"
            confidence = "{0}%".format(round(100 - confidence))

        cv2.putText(img, str(idnum), (x+5, y-5), font, 1, (0, 0, 255), 1)
        cv2.putText(img, str(confidence), (x+5, y+h-5), font, 1, (0, 0, 0), 1)

    cv2.imshow('camera', img)
    k = cv2.waitKey(10)
    if k == 27:
        break

cam.release()
cv2.destroyAllWindows()