Haar-like

通俗的来讲，就是作为人脸特征即可。

Haar特征值反映了图像的灰度变化情况。例如：脸部的一些特征能由矩形特征简单的描述，如：眼睛要比脸颊颜色要深，鼻梁两侧比鼻梁颜色要深，嘴巴比周围颜色要深等。

opencv api

要想使用opencv，就必须先知道其能干什么，怎么做。于是API的重要性便体现出来了。就本例而言，使用到的函数很少，也就普通的读取图片，灰度转换，显示图像，简单的编辑图像罢了。

如下：

读取图片

只需要给出待操作的图片的路径即可。

import cv2

image = cv2.imread(imagepath)

灰度转换

灰度转换的作用就是：转换成灰度的图片的计算强度得以降低。

import cv2

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

画图

opencv 的强大之处的一个体现就是其可以对图片进行任意编辑，处理。

下面的这个函数最后一个参数指定的就是画笔的大小。

import cv2

cv2.rectangle(image,(x,y),(x+w,y+w),(0,255,0),2)

显示图像

编辑完的图像要么直接的被显示出来，要么就保存到物理的存储介质。

import cv2

cv2.imshow("Image Title",image)

获取人脸识别训练数据

看似复杂，其实就是对于人脸特征的一些描述，这样opencv在读取完数据后很据训练中的样品数据，就可以感知读取到的图片上的特征，进而对图片进行人脸识别。

import cv2

face_cascade = cv2.CascadeClassifier(r'./haarcascade_frontalface_default.xml')

里卖弄的这个xml文件，就是opencv在GitHub上共享出来的具有普适的训练好的数据。我们可以直接的拿来使用。

训练数据参考地址：

探测人脸

说白了，就是根据训练的数据来对新图片进行识别的过程。

import cv2

# 探测图片中的人脸

faces = face_cascade.detectMultiScale(

gray,

scaleFactor = 1.15,

minNeighbors = 5,

minSize = (5,5),

flags = cv2.cv.CV_HAAR_SCALE_IMAGE

)

我们可以随意的指定里面参数的值，来达到不同精度下的识别。返回值就是opencv对图片的探测结果的体现。

处理人脸探测的结果

结束了刚才的人脸探测，我们就可以拿到返回值来做进一步的处理了。但这也不是说会多么的复杂，无非添加点特征值罢了。

import cv2

print "发现{0}个人脸!".format(len(faces))

for(x,y,w,h) in faces:

cv2.rectangle(image,(x,y),(x+w,y+w),(0,255,0),2)

实例

有了刚才的基础，我们就可以完成一个简单的人脸识别的小例子了。

图片素材

下面的这张图片将作为我们的检测依据。

人脸检测代码

# coding:utf-8

import sys

reload(sys)

sys.setdefaultencoding('utf8')

#__author__ = '郭 璞'

#__date__ = '2016/9/5'

#__Desc__ = 人脸检测小例子，以圆圈圈出人脸

import cv2

# 待检测的图片路径

imagepath = r'./heat.jpg'

# 获取训练好的人脸的参数数据，这里直接从GitHub上使用默认值

face_cascade = cv2.CascadeClassifier(r'./haarcascade_frontalface_default.xml')

# 读取图片

image = cv2.imread(imagepath)

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

# 探测图片中的人脸

faces = face_cascade.detectMultiScale(

gray,

scaleFactor = 1.15,

minNeighbors = 5,

minSize = (5,5),

flags = cv2.cv.CV_HAAR_SCALE_IMAGE

)

print "发现{0}个人脸!".format(len(faces))

for(x,y,w,h) in faces:

# cv2.rectangle(image,(x,y),(x+w,y+w),(0,255,0),2)

cv2.circle(image,((x+x+w)/2,(y+y+h)/2),w/2,(0,255,0),2)

cv2.imshow("Find Faces!",image)

cv2.waitKey(0)

人脸检测结果

输出图片：

输出结果：

D:\Software\Python2\python.exe E:/Code/Python/DataStructor/opencv/Demo.py

发现3个人脸!

python使用dlib进行人脸检测与人脸关键点标记

Dlib简介：

首先给大家介绍一下Dlib

Dlib是一个跨平台的C++公共库，除了线程支持，网络支持，提供测试以及大量工具等等优点，Dlib还是一个强大的机器学习的C++库，包含了许多机器学习常用的算法。同时支持大量的数值算法如矩阵、大整数、随机数运算等等。

Dlib同时还包含了大量的图形模型算法。

最重要的是Dlib的文档和例子都非常详细。

Dlib主页：

这篇博客所述的人脸标记的算法也是来自Dlib库，Dlib实现了One Millisecond Face Alignment with an Ensemble of Regression Trees中的算法

这篇论文非常出名，在谷歌上打上One Millisecond就会自动补全，是CVPR 2014(国际计算机视觉与模式识别会议)上的一篇国际顶级水平的论文。毫秒级别就可以实现相当准确的人脸标记，包括一些半侧脸，脸很不清楚的情况，论文本身的算法十分复杂，感兴趣的同学可以下载看看。

Dlib实现了这篇最新论文的算法，所以Dlib的人脸标记算法是十分先进的，而且Dlib自带的人脸检测库也很准确，我们项目受到硬件所限，摄像头拍摄到的画面比较模糊，而在这种情况下之前尝试了几个人脸库，识别率都非常的低，而Dlib的效果简直出乎意料。

相对于C++我还是比较喜欢使用python，同时Dlib也是支持python的，只是在配置的时候碰了不少钉子，网上大部分的Dlib资料都是针对于C++的，我好不容易才配置好了python的dlib，这里分享给大家：

Dlib for python 配置：

因为是用python去开发计算机视觉方面的东西，python的这些科学计算库是必不可少的，这里我把常用的科学计算库的安装也涵盖在内了，已经安装过这些库的同学就可以忽略了。

我的环境是Ubuntu14.04:

大家都知道Ubuntu是自带python2.7的，而且很多Ubuntu系统软件都是基于python2.7的，有一次我系统的python版本乱了，我脑残的想把python2.7卸载了重装，然后……好像是提醒我要卸载几千个软件来着，没看好直接回车了，等我反应过来Ctrl + C 的时候系统已经没了一半了…

所以我发现想要搞崩系统，这句话比rm -rf 还给力…

sudo apt-get remove python2.71

首先安装两个python第三方库的下载安装工具,ubuntu14.04好像是预装了easy_install

以下过程都是在终端中进行：

1.安装pip

sudo apt-get install python-pip1

2.安装easy-install

sudo apt-get install python-setuptools1

3.测试一下easy_install

有时候系统环境复杂了，安装的时候会安装到别的python版本上，这就麻烦了，所以还是谨慎一点测试一下，这里安装一个我之前在博客中提到的可以模拟浏览器的第三方python库测试一下。

sudo easy_install Mechanize1

4.测试安装是否成功

在终端输入python进入python shell

python1

进入python shell后import一下刚安装的mechanize

>>>import mechanize1

没有报错，就是安装成功了，如果说没有找到，那可能就是安装到别的python版本的路径了。

同时也测试一下PIL这个基础库

>>>import PIL1

没有报错的话，说明PIL已经被预装过了

5.安装numpy

接下来安装numpy

首先需要安装python-dev才可以编译之后的扩展库

sudo apt-get install python-dev1

之后就可以用easy-install 安装numpy了

sudo easy_install numpy1

这里有时候用easy-install 安装numpy下载的时候会卡住，那就只能用 apt-get 来安装了：

sudo apt-get install numpy1

不推荐这样安装的原因就是系统环境或者说python版本多了之后，直接apt-get安装numpy很有可能不知道装到哪个版本去了，然后就很麻烦了，我有好几次遇到这个问题,不知道是运气问题还是什么，所以风险还是很大的，所以还是尽量用easy-install来安装。

同样import numpy 进行测试

python

>>>import numpy1234

没有报错的话就是成功了

下面的安装过程同理，我就从简写了，大家自己每步别忘了测试一下

6.安装scipy

sudo apt-get install python-scipy1

7.安装matplotlib

sudo apt-get install python-matplotlib1

8.安装dlib

我当时安装dlib的过程简直太艰辛，网上各种说不知道怎么配，配不好，我基本把stackoverflow上的方法试了个遍，才最终成功编译出来并且导入，不过听说18.18更新之后有了setup.py,那真是极好的，18.18我没有亲自配过也不能乱说，这里给大家分享我配置18.17的过程吧：

1.首先必须安装libboost，不然是不能使用.so库的

sudo apt-get install libboost-python-dev cmake1

2.到Dlib的官网上下载dlib，会下载下来一个压缩包，里面有C++版的dlib库以及例子文档，Python dlib库的代码例子等等

我使用的版本是dlib-18.17,大家也可以在我这里下载：

之后进入python_examples下使用bat文件进行编译，编译需要先安装libboost-python-dev和cmake

cd to dlib-18.17/python_examples

./compile_dlib_python_module.bat 123

之后会得到一个dlib.so，复制到dist-packages目录下即可使用

这里大家也可以直接用我编译好的.so库,但是也必须安装libboost才可以，不然python是不能调用so库的，下载地址：

将.so复制到dist-packages目录下

sudo cp dlib.so /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/1

最新的dlib18.18好像就没有这个bat文件了，取而代之的是一个setup文件，那么安装起来应该就没有这么麻烦了，大家可以去直接安装18.18，也可以直接下载复制我的.so库，这两种方法应该都不麻烦～

有时候还会需要下面这两个库，建议大家一并安装一下

9.安装skimage

sudo apt-get install python-skimage1

10.安装imtools

sudo easy_install imtools1

Dlib face landmarks Demo

环境配置结束之后，我们首先看一下dlib提供的示例程序

1.人脸检测

dlib-18.17/python_examples/face_detector.py 源程序：

#!/usr/bin/python# The contents of this file are in the public domain. See LICENSE_FOR_EXAMPLE_PROGRAMS.txt##   This example program shows how to find frontal human faces in an image.  In#   particular, it shows how you can take a list of images from the command#   line and display each on the screen with red boxes overlaid on each human#   face.##   The examples/faces folder contains some jpg images of people.  You can run#   this program on them and see the detections by executing the#   following command:#       ./face_detector.py ../examples/faces/*.jpg##   This face detector is made using the now classic Histogram of Oriented#   Gradients (HOG) feature combined with a linear classifier, an image#   pyramid, and sliding window detection scheme.  This type of object detector#   is fairly general and capable of detecting many types of semi-rigid objects#   in addition to human faces.  Therefore, if you are interested in making#   your own object detectors then read the train_object_detector.py example#   program.  ### COMPILING THE DLIB PYTHON INTERFACE#   Dlib comes with a compiled python interface for python 2.7 on MS Windows. If#   you are using another python version or operating system then you need to#   compile the dlib python interface before you can use this file.  To do this,#   run compile_dlib_python_module.bat.  This should work on any operating#   system so long as you have CMake and boost-python installed.#   On Ubuntu, this can be done easily by running the command:#       sudo apt-get install libboost-python-dev cmake##   Also note that this example requires scikit-image which can be installed#   via the command:#       pip install -U scikit-image#   Or downloaded from . import sys

import dlib

from skimage import io

detector = dlib.get_frontal_face_detector()

win = dlib.image_window()

print("a")for f in sys.argv[1:]:

print("a")

print("Processing file: {}".format(f))

img = io.imread(f)

# The 1 in the second argument indicates that we should upsample the image

# 1 time.  This will make everything bigger and allow us to detect more

# faces.

dets = detector(img, 1)

print("Number of faces detected: {}".format(len(dets)))    for i, d in enumerate(dets):

print("Detection {}: Left: {} Top: {} Right: {} Bottom: {}".format(

i, d.left(), d.top(), d.right(), d.bottom()))

win.clear_overlay()

win.set_image(img)

win.add_overlay(dets)

dlib.hit_enter_to_continue()# Finally, if you really want to you can ask the detector to tell you the score# for each detection.  The score is bigger for more confident detections.# Also, the idx tells you which of the face sub-detectors matched.  This can be# used to broadly identify faces in different orientations.if (len(sys.argv[1:]) >0):

img = io.imread(sys.argv[1])

dets, scores, idx = detector.run(img, 1)    for i, d in enumerate(dets):

print("Detection {}, score: {}, face_type:{}".format(

d, scores[i], idx[i]))123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081

我把源代码精简了一下，加了一下注释： face_detector0.1.py

# -*- coding: utf-8 -*-import sys

import dlib

from skimage import io#使用dlib自带的frontal_face_detector作为我们的特征提取器detector = dlib.get_frontal_face_detector()#使用dlib提供的图片窗口win = dlib.image_window()#sys.argv[]是用来获取命令行参数的，sys.argv[0]表示代码本身文件路径，所以参数从1开始向后依次获取图片路径for f in sys.argv[1:]:    #输出目前处理的图片地址

print("Processing file: {}".format(f))    #使用skimage的io读取图片

img = io.imread(f)    #使用detector进行人脸检测 dets为返回的结果

dets = detector(img, 1)    #dets的元素个数即为脸的个数

print("Number of faces detected: {}".format(len(dets)))    #使用enumerate 函数遍历序列中的元素以及它们的下标

#下标i即为人脸序号

#left：人脸左边距离图片左边界的距离 ；right：人脸右边距离图片左边界的距离

#top：人脸上边距离图片上边界的距离 ；bottom：人脸下边距离图片上边界的距离

for i, d in enumerate(dets):

print("dets{}".format(d))

print("Detection {}: Left: {} Top: {} Right: {} Bottom: {}"

.format( i, d.left(), d.top(), d.right(), d.bottom()))    #也可以获取比较全面的信息，如获取人脸与detector的匹配程度

dets, scores, idx = detector.run(img, 1)

for i, d in enumerate(dets):

print("Detection {}, dets{},score: {}, face_type:{}".format( i, d, scores[i], idx[i]))    

#绘制图片(dlib的ui库可以直接绘制dets)

win.set_image(img)

win.add_overlay(dets)    #等待点击

dlib.hit_enter_to_continue()1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

分别测试了一个人脸的和多个人脸的，以下是运行结果：

运行的时候把图片文件路径加到后面就好了

python face_detector0.1.py ./data/3.jpg12

一张脸的：

两张脸的：

这里可以看出侧脸与detector的匹配度要比正脸小的很多

2.人脸关键点提取

人脸检测我们使用了dlib自带的人脸检测器（detector），关键点提取需要一个特征提取器（predictor），为了构建特征提取器，预训练模型必不可少。

除了自行进行训练外，还可以使用官方提供的一个模型。该模型可从dlib sourceforge库下载：

arks.dat.bz2

也可以从我的连接下载：

这个库支持68个关键点的提取，一般来说也够用了，如果需要更多的特征点就要自己去训练了。

dlib-18.17/python_examples/face_landmark_detection.py 源程序：

#!/usr/bin/python# The contents of this file are in the public domain. See LICENSE_FOR_EXAMPLE_PROGRAMS.txt##   This example program shows how to find frontal human faces in an image and#   estimate their pose.  The pose takes the form of 68 landmarks.  These are#   points on the face such as the corners of the mouth, along the eyebrows, on#   the eyes, and so forth.##   This face detector is made using the classic Histogram of Oriented#   Gradients (HOG) feature combined with a linear