如何利用opencv训练自己的模型实现特定物体的识别

目录

• 1.说明
• 2.效果
• 3.准备
• 3.1 程序准备
• 3.2 样本数据准备
• 3.3 正样本VEC文件创建
• 4.样本数据训练
• 5.测试代码
• 6.编译说明
• 备注
• 总结

1.说明

opencv安装包中有训练好的分类器文件，可以实现人脸的识别。当然，我们也可以训练自己的分类器文件，实现对特定物体的识别。本文章就详细介绍下如何训练自己的分类器文件。

2.效果

我训练的是检测苹果的的分类器文件，可以实现对苹果的识别。

3.准备

3.1 程序准备

• 训练自己的分类器文件，需要用到两个程序 : opencv_createsamples.exe和opencv_traincascade.exe
• opencv最新的安装包中没有这两个程序，我们可以下载 3.4.14这个版本的安装包进行安装。
  • opencv安装包 : opencv-3.4.14-vc14_vc15.exe
• 安装完成后，在这个目录下就会有这两个程序文件 opencv\build\x64\vc15\bin

3.2 样本数据准备

正样本数据 : 也就是我们需要检测的物体图片，可以自己用手机拍摄下你要检测的物体的图片，多拍摄一些不同角度的图片。

我的正样本数据在这个目录下 image\positive\img，大概有50多张图片

然后在image\positive目录下新建一个info.dat文件，在其中记录正样本图片信息

参数介绍

• img/1.jpg : 文件路径和文件名
• 1：表示图片中有几个目标物体，一般一个就行了
• 0，0：目标物体起始坐标
• 1280，1706：目标物体大小

负样本数据：不包含我们要检测物体的图片，可以拍摄一些风景之类的图片，尽量多一些。

我的负样本数据在这个目录下 image\negitive\img

然后在image\negitive目录下新建一个bg.txt文件，在其中记录负样本图片信息

负样本图片信息我们只需记录路径和文件名就行了，但是这里要注意，路径名要写绝对路径，后面会说为什么。

3.3 正样本VEC文件创建

• 训练样本之前先要生成vec文件，要用到opencv_createsamples.exe程序
• opencv_createsamples.exe部分参数介绍

  [-info ]  # 记录样本数据的文件(就是我们刚才创建的info.data文件)
  [-img ]    
  [-vec ]   # 输出文件，内含用于训练的正样本。 
  [-bg ]  # 背景图像的描述文件
  [-num ]   #样本数量（默认为1000）
  [-bgcolor ]    #指定背景颜色
  [-w ]#输出样本的宽度（以像素为单位）
  [-h ]#输出样本的高度（以像素为单位）

参考

在安装包的这个目录下opencv\build\x64\vc15\bin可以找到opencv_createsamples.exe程序，我们生成下vec文件

D:\opencv3.4.12\opencv\build\x64\vc15\bin\opencv_createsamples.exe -info C:\Users\lng\Desktop\image\positive\info.dat -vec C:\Users\lng\Desktop\image\sample.vec -num 58 -bgcolor 0 -bgthresh 0 -w 24 -h 24

在image目录下就生成了vec文件

4.样本数据训练

• 完成上面的准备工作，就可以开始训练样本。训练样本需要用到opencv_traincascaded.exe程序
• opencv_traincascaded.exe程序部分参数介绍

 -data      #目录名，如不存在训练程序会创建它，用于存放训练好的分类器
 -vec               #包含正样本的vec文件名
 -bg    #背景描述文件
 [-numPos ]   #每级分类器训练时所用的正样本数目
 [-numNeg ]   #每级分类器训练时所用的负样本数目
 [-numStages ]   #训练的分类器的级数
--cascadeParams--
 [-featureType <{HAAR(default), LBP, HOG}>]  # 特征的类型： HAAR - 类Haar特征； LBP - 局部纹理模式特征
 [-w ] #训练样本的尺寸（单位为像素）
 [-h ] #训练样本的尺寸（单位为像素）
--boostParams--
 [-minHitRate  = 0.995>] #分类器的每一级希望得到的最小检测率
 [-maxFalseAlarmRate ] #分类器的每一级希望得到的最大误检率

参考

• 在安装包的这个目录下opencv\build\x64\vc15\bin可以找到opencv_traincascade.exe程序，开始训练样本
• 这里注意下
  • 指定-bg参数时，文件名前不能加路径，所以需要把刚才在image\negitive下创建的bg.txt文件拷贝到opencv_traincascade.exe程序所在目录下，所以要在bg.txt写负样本图片的绝对路径。
  • 指定numPos参数时，因为每个阶段训练时有些正样本可能会被识别为负样本，故每个训练阶段后都会消耗一定的正样本。因此，此处使用的正样本数量绝对不能等于或超过positive文件夹下的正样本个数，一般留有一定的余量
  • 指定-numNeg参数时，可以多于negitive目录下的负样本数量

D:\opencv3.4.12\opencv\build\x64\vc15\bin\opencv_traincascade.exe -data C:\Users\lng\Desktop\image -vec C:\Users\lng\Desktop\image\sample.vec -bg bg.txt -numPos 50 -numNeg 500 -numStages 12 -feattureType HAAR -w 24 -h 24 -minHitRate 0.995 -maxFalseAlarmRate 0.5

执行结果

PARAMETERS:
cascadeDirName: C:\Users\lng\Desktop\image
vecFileName: C:\Users\lng\Desktop\image\sample.vec
bgFileName: bg.txt
numPos: 50
numNeg: 500
numStages: 12
precalcValBufSize[Mb] : 1024
precalcIdxBufSize[Mb] : 1024
acceptanceRatioBreakValue : -1
stageType: BOOST
featureType: HAAR
sampleWidth: 24
sampleHeight: 24
boostType: GAB
minHitRate: 0.995
maxFalseAlarmRate: 0.5
weightTrimRate: 0.95
maxDepth: 1
maxWeakCount: 100
mode: BASIC
Number of unique features given windowSize [24,24] : 162336

===== TRAINING 0-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 1 seconds.

===== TRAINING 1-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 3 seconds.

===== TRAINING 2-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 5 seconds.

===== TRAINING 3-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 7 seconds.

===== TRAINING 4-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 11 seconds.

===== TRAINING 5-stage =====

Training until now has taken 0 days 0 hours 0 minutes 15 seconds.

===== TRAINING 6-stage =====
 
 

训练完成后，在img目录下就会生成以下文件。

cascade.xml就是我们需要的分类器文件，其他都是过程文件。

5.测试代码

main.cpp

#include 
#include 

char* face_cascade_name = "C:\\Users\\lng\\Desktop\\image\\cascade.xml";

void faceRecongize(cv::CascadeClassifier faceCascade, cv::Mat frame);

int main(){
    cv::VideoCapture *videoCap = new cv::VideoCapture;

	cv::CascadeClassifier faceCascade;

    // 加载苹果分类器文件
	if (!faceCascade.load(face_cascade_name)) {
		std::cout << "load face_cascade_name failed. " << std::endl;
		return -1;
	}

    // 打开摄像机
	videoCap->open(0);


	if (!videoCap->isOpened()) {
		videoCap->release();
		std::cout << "open camera failed"<< std::endl;
        return -1;
	}

	std::cout << "open camera success"<< std::endl;

    while(1){
		cv::Mat frame;
		//读取视频帧
		videoCap->read(frame);

		if (frame.empty()) {
			videoCap->release();
			return -1;
		}

        //进行苹果识别
		faceRecongize(faceCascade, frame);

        //窗口进行展示
        imshow("face", frame);

        //等待回车键按下退出程序
		if (cv::waitKey(30) == 13) {
			cv::destroyAllWindows();
			return 0;
		}
    }

    system("pause");
    return 0;
}

void faceRecongize(cv::CascadeClassifier faceCascade, cv::CascadeClassifier eyesCascade, cv::CascadeClassifier mouthCascade, cv::Mat frame) {
	std::vector faces;

    // 检测苹果
	faceCascade.detectMultiScale(frame, faces, 1.1, 2, 0 | cv::CASCADE_SCALE_IMAGE, cv::Size(30, 30));
	for (int i = 0; i < faces.size(); i++) {
		
        // 用椭圆画出苹果部分
        cv::Point center(faces[i].x + faces[i].width / 2, faces[i].y + faces[i].height / 2);
		ellipse(frame, center, cv::Size(faces[i].width / 2, faces[i].height / 2), 0, 0, 360, cv::Scalar(255, 0, 255), 4, 8, 0);
		
		cv::Mat faceROI = frame(faces[i]);
		std::vector eyes;

        // 苹果上方区域写字进行标识
		cv::Point centerText(faces[i].x + faces[i].width / 2 - 40, faces[i].y - 20);
		cv::putText(frame, "apple", centerText, cv::FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, cv::Scalar(0, 0, 255), 2);

	}
}

CMakeLists

cmake_minimum_required (VERSION 3.5)
project (faceRecongize2015)

MESSAGE(STATUS "PROJECT_SOURCE_DIR " ${PROJECT_SOURCE_DIR})
SET(SRC_LISTS ${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/main.cpp)

set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++11")

#set(CMAKE_AUTOMOC ON)
#set(CMAKE_AUTOUIC ON)
#set(CMAKE_AUTORCC ON)

# 配置头文件目录
include_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/src)
include_directories("D:\\opencv3.4.12\\opencv\\build\\include")
include_directories("D:\\opencv3.4.12\\opencv\\build\\include\\opencv2")

# 设置不显示命令框
if(MSVC)
	#set(CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS "${CMAKE_EXE_LINKER_FLAGS} /SUBSYSTEM:WINDOWS /ENTRY:mainCRTStartup")
endif()

# 添加库文件
set(PRO_OPENCV_LIB "D:\\opencv3.4.12\\opencv\\build\\x64\\vc15\\lib\\opencv_world3412.lib" "D:\\opencv3.4.12\\opencv\\build\\x64\\vc15\\lib\\opencv_world3412d.lib")

IF(WIN32)
    # 生成可执行程序
	ADD_EXECUTABLE(faceRecongize2015 ${SRC_LISTS})
	# 链接库文件
    TARGET_LINK_LIBRARIES(faceRecongize2015 ${PRO_OPENCV_LIB})
ENDIF()

6.编译说明

我的opencv 3.4.12的安装路径是 D:\opencv3.4.12

目录结构

- src
  - mian.cpp
- build_x64
- CMakeLists

编译命令, 在build_x64目录下执行

cmake -G "Visual Studio 14 2015 Win64" ..
cmake --build ./ --config Release

编译完成后拷贝D:\opencv3.4.12\opencv\build\x64\vc15\bin目录下的opencv_world3412.dll和opencv_world3412d.dll到可执行程序目录下。

备注

经过测试，自己训练的样本，准确度还是比较差的。可能是正样本数据太少，且图片背景占据位置较多。要提高准确度，首先增加正样本图片数量，还要就是尽量让你的目标物体占满整个图片，不要留有太多的背景。而且也要有尽可能多的负样本数据。

总结

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