python+opencv 实现图像人脸检测及视频中的人脸检测

文章目录

• • • 一、数据和知识准备
      • 1. 下载HAAR与LBP数据
      • 2. opencv相关知识
    • 二、python+opencv实现人脸检测
      • 1. 图像单人脸检测
      • 2. 图像多人脸检测
      • 3. 视频中人脸检测
      • 4. 摄像头人脸检测

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一、数据和知识准备

1. 下载HAAR与LBP数据

人脸检测的常见步骤如下，如果想要将人脸准确地检测出来，需要通过建立人脸模型，获取准确区分人脸的分类器，这里我们使用网上公开的扩展包或已经训练好的分类器。

将haarcascades与lbpcascades里面的相关xml文件下载到本地，便于之后调用，辅助进行人脸检测。

下载地址：https://github.com/opencv/opencv/tree/master/data

2. opencv相关知识

• cv.CascadeClassifier()：是OpenCV中人脸检测的一个级联分类器，既可以使用Haar特征，也可以使用LBP特征。以Haar特征分类器为基础的对象检测技术是一种非常有效的技术，它是基于机器学习且使用大量的正负样本训练得到分类器。
• detectMultiScale函数：检测人脸算法，其参数如下：
  image：要检测的输入图像
  scaleFactor：表示每次图像尺寸减小的比例
  minNeighbors：表示每一个目标至少要被检测到多少次才算是真的人脸，因为周围的像素和不同的窗口大小都可能检测成人脸
  minSize：表示目标的最小尺寸
  maxSize：表示目标的最小尺寸
• Haar-like矩形特征：是用于物体检测的数字图像特征。这类矩形特征模板由两个或多个全等的黑白矩形相邻组合而成，而矩形特征值是白色矩形的灰度值的和减去黑色矩形的灰度值的和，矩形特征对一些简单的图形结构，如线段、边缘比较敏感。如果把这样的矩形放在一个非人脸区域，那么计算出的特征值应该和人脸特征值不一样，所以这些矩形就是为了把人脸特征量化，以区分人脸和非人脸。
• LBP：是一种特征提取方式，能提取出图像的局部的纹理特征，最开始的LBP算子是在3X3窗口中，取中心像素的像素值为阀值，与其周围八个像素点的像素值比较，若像素点的像素值大于阀值，则此像素点被标记为1，否则标记为0。这样就能得到一个八位二进制的码，转换为十进制即LBP码，于是得到了这个窗口的LBP值，用这个值来反映这个窗口内的纹理信息。LBPH是在原始LBP上的一个改进，在opencv支持下可以直接调用函数直接创建一个LBPH人脸识别的模型。
  比如：cv2.face.LBPHFaceRecognizer_create()。

二、python+opencv实现人脸检测

1. 图像单人脸检测

import cv2 as cv


def face_detection(image):
    # 创建一个级联分类器 加载一个.xml分类器文件 它既可以是Haar特征也可以是LBP特征的分类器
    face_detecter = cv.CascadeClassifier(r'./face_detection/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml')
    # 多个尺度空间进行人脸检测   返回检测到的人脸区域坐标信息
    faces = face_detecter.detectMultiScale(image=image, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5)
    print('检测人脸信息如下：\n', faces)
    for x, y, w, h in faces:
        # 在原图像上绘制矩形标识
        cv.rectangle(img=image, pt1=(x, y), pt2=(x+w, y+h), color=(0, 0, 255), thickness=2)
    cv.imshow('result', image)


src = cv.imread(r'./test/036.jpg')
cv.imshow('input image', src)
face_detection(src)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

运行效果如下：

检测人脸信息如下：
 [[ 61  53 110 110]]

Process finished with exit code 0

2. 图像多人脸检测

import cv2 as cv


def face_detection(image):
	# 转成灰度图像
    gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    # 创建一个级联分类器 加载一个.xml分类器文件 它既可以是Haar特征也可以是LBP特征的分类器
    face_detecter = cv.CascadeClassifier(r'./face_detection/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml')
    # 多个尺度空间进行人脸检测   返回检测到的人脸区域坐标信息
    faces = face_detecter.detectMultiScale(image=gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5)
    print('检测人脸信息如下：\n', faces)
    for x, y, w, h in faces:
        # 在原图像上绘制矩形标识
        cv.rectangle(img=image, pt1=(x, y), pt2=(x+w, y+h), color=(0, 0, 255), thickness=2)
    cv.imshow('result', image)


src = cv.imread(r'./test/044.jpg')
cv.imshow('input image', src)
face_detection(src)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

运行效果如下：

检测人脸信息如下：
 [[329 157  49  49]
 [ 88 156  44  44]
 [157 158  54  54]
 [240 159  50  50]
 [ 86 370  68  68]
 [ 79 254  54  54]
 [339 250  58  58]
 [155 254  59  59]
 [251 247  59  59]
 [199 371  80  80]
 [308 370  69  69]]

Process finished with exit code 0

3. 视频中人脸检测

import cv2


# 加载视频
cap = cv2.VideoCapture('test.mp4')
# 创建一个级联分类器 加载一个.xml分类器文件 它既可以是Haar特征也可以是LBP特征的分类器
face_detect = cv2.CascadeClassifier(r'./face_detection/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml')

while True:
    # 读取视频片段
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:  # 读完视频后falg返回False
        break
    frame = cv2.resize(frame, None, fx=0.5, fy=0.5)
    # 灰度处理
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # 多个尺度空间进行人脸检测   返回检测到的人脸区域坐标信息
    face_zone = face_detect.detectMultiScale(gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=8)
    # 绘制矩形和圆形检测人脸
    for x, y, w, h in face_zone:
        cv2.rectangle(frame, pt1=(x, y), pt2=(x + w, y + h), color=[0, 0, 255], thickness=2)
        cv2.circle(frame, center=(x + w // 2, y + h // 2), radius=w // 2, color=[0, 255, 0], thickness=2)
    # 显示图片
    cv2.imshow('video', frame)
    # 设置退出键和展示频率
    if ord('q') == cv2.waitKey(40):
        break

# 释放资源
cv2.destroyAllWindows()
cap.release()

截取新版倚天屠龙记某一集36:35到36:39的片段，简单实现实时检测人脸并显示，运行效果如下：

任何算法都不会100%识别准确，由于噪声、误差、算法、训练集等影响，某些时候也会出现一些错误识别。自己进行简单测试时也会发现，人物动作、视频中镜头切换过快、背景变化等因素，可能会造成对视频中人脸检测不准确。

4. 摄像头人脸检测

import cv2 as cv


# 识别电脑摄像头并打开
cap = cv.VideoCapture(0, cv.CAP_DSHOW)
# 创建一个级联分类器 加载一个.xml分类器文件 它既可以是Haar特征也可以是LBP特征的分类器
face_detect = cv.CascadeClassifier(r'./face_detection/haarcascades/haarcascade_frontalface_default.xml')

while True:
    # 读取视频片段
    flag, frame = cap.read()
    frame = cv.flip(frame, 1)
    if not flag:   # 读完视频后falg返回False
        break
    # 灰度处理
    gray = cv.cvtColor(frame, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    # 多个尺度空间进行人脸检测   返回检测到的人脸区域坐标信息
    face_zone = face_detect.detectMultiScale(gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5)
    # 绘制矩形和圆形检测人脸
    for x, y, w, h in face_zone:
        cv.rectangle(frame, pt1=(x, y), pt2=(x + w, y + h), color=[0, 0, 255], thickness=2)
        cv.circle(frame, center=(x + w // 2, y + h // 2), radius=w // 2, color=[0, 255, 0], thickness=2)
    # 显示图片
    cv.imshow('video', frame)
    # 设置退出键q 展示频率
    if ord('q') == cv.waitKey(30):
        break

# 释放资源
cv.destroyAllWindows()
cap.release()

程序运行，即可调用电脑的摄像头识别面对摄像头的人脸，正脸和静止状态检测人脸的效果好。