Dlib模型之驾驶员疲劳检测三（瞌睡点头）

序

目的

经查阅相关文献，疲劳在人体面部表情中表现出大致三个类型：打哈欠（嘴巴张大且相对较长时间保持这一状态）、眨眼（或眼睛微闭，此时眨眼次数增多，且眨眼速度变慢）、点头（瞌睡点头）。本实验从人脸朝向、位置、瞳孔朝向、眼睛开合度、眨眼频率、瞳孔收缩率等数据入手，并通过这些数据，实时地计算出驾驶员的注意力集中程度，分析驾驶员是否疲劳驾驶和及时作出安全提示。

技术背景

环境：Win10、Python3.7、anaconda3、JupyterNotebook
技术：

• Opencv：图像处理
• Dlib：一个很经典的用于图像处理的开源库，shape_predictor_68_face_landmarks.dat是一个用于人脸68个关键点检测的dat模型库，使用这个模型库可以很方便地进行人脸检测，并进行简单的应用。
• Numpy：基于Python的n维数值计算扩展。
• Imutils ：一系列使得opencv 便利的功能，包括图像旋转、缩放、平移，骨架化、边缘检测、显示
• matplotlib 图像（imutils.opencv2matplotlib(image）。

正文

（1）环境搭建

安装配置环境：anaconda3、JupyterNotebook，搭建TensorFlow和dlib环境

（2）下载开源数据集

shape_predictor_68_face_landmarks.dat

官方下载地址：https://pypi.org/simple/dlib/
码云下载：https://gitee.com/cungudafa/fatigue_detecting
安装教程参考前一文：基于dlib库人脸特征提取【构建自己的人脸识别数据集】Dlib模型人脸特征检测原理及demo

（3）Head Pose Estimation 如何理解？

一种比较经典的 Head Pose Estimation 算法的步骤一般为：2D人脸关键点检测；3D人脸模型匹配；求解3D点和对应2D点的转换关系；根据旋转矩阵求解欧拉角。

众所周知一个物体相对于相机的姿态可以使用旋转矩阵和平移矩阵来表示。

• 平移矩阵：物体相对于相机的空间位置关系矩阵，用T表示；
• 旋转矩阵：物体相对于相机的空间姿态关系矩阵，用R表示。

如此看来必然少不了坐标系转换。讲点人性，继续上图

于是世界坐标系(UVW)、相机坐标系(XYZ)、图像中心坐标系(uv)和像素坐标系(xy)四兄弟闪亮登场。如果相机完美无瑕，老三可以回家洗洗睡觉，关系也相对简单。

世界坐标系到相机坐标系：
相机坐标系到像素坐标系：
因此像素坐标系和世界坐标系的关系如下：

上式的求解可用DLT(Direct Linear Transform)算法结合最小二乘进行迭代求解，最小二乘的目标函数可为带^的变量为预测值，其余为测量值。
可是相机也很无奈，她不完美，总有点瑕疵，比如径向和切向畸变，那关系就要稍微复杂一些，叫醒阿三继续推导：
相机坐标系要先转换到图像中心坐标系：
然后再被折磨一番(计算考虑畸变)：
最后图像中心坐标系到像素坐标系:

看来只要知道世界坐标系内点的位置、像素坐标位置和相机参数就可以搞定旋转和平移矩阵，可上面的关系分明是非线性的，这可怎么解啊？其实OpenCV已经给我们提供了求解PnP问题的函数solvePnp()，一步轻松到位。
得到旋转矩阵后，就可以开心地去见欧拉角了：

世界坐标系中点的位置怎么得到呢？
总不能每时每刻都要测一下人脸各个点在空间的位置
从各种论文中发现，原来大牛们在算法里面内置了一个3D人脸模型，把关键点的空间位置都标出来，就充当真实脸的空间位置；可是大牛又觉得这样不太合理，一个3D人脸模型不能表示所有人的脸，对所有人采用一个模型得到的精度肯定不好，于是便有了3DMM(3D Morphable Model)，对不同人可以拟合出对应的3D脸模型，这样关键点的空间位置就比较准确了，Head Pose Estimation 的精度提上去了。

解析参考原链接：重磅！头部姿态估计「原理详解 + 实战代码」来啦！

如何确定疲劳？
思路一：可利用姿态估计结果（如Pitch的读数）来判断是否点头及点头幅度

思路二：或用鼻尖处30号点的前后移动值（或是方差，方差表示一个单位时间数据的偏离程度，程度越大，则表示发生点头动作的概率越大、点头幅度越大）

（4）主要代码思路

• 第一步：2D人脸关键点检测；
• 第二步：3D人脸模型匹配；
• 第三步：求解3D点和对应2D点的转换关系；
• 第四步：根据旋转矩阵求解欧拉角。

主要代码参考：https://github.com/lincolnhard/head-pose-estimation
这里只做了思路梳理。

# 参考https://github.com/lincolnhard/head-pose-estimation
import cv2
import dlib
import numpy as np
from imutils import face_utils
"""
思路：
    第一步：2D人脸关键点检测；第二步：3D人脸模型匹配；
    第三步：求解3D点和对应2D点的转换关系；第四步：根据旋转矩阵求解欧拉角。
"""

# 加载人脸检测和姿势估计模型（dlib）
face_landmark_path = 'D:/myworkspace/JupyterNotebook/fatigue_detecting/model/shape_predictor_68_face_landmarks.dat'

"""
只要知道世界坐标系内点的位置、像素坐标位置和相机参数就可以搞定旋转和平移矩阵(OpenCV自带函数solvePnp())
"""

# 世界坐标系(UVW)：填写3D参考点，该模型参考http://aifi.isr.uc.pt/Downloads/OpenGL/glAnthropometric3DModel.cpp
object_pts = np.float32([[6.825897, 6.760612, 4.402142],  #33左眉左上角
                         [1.330353, 7.122144, 6.903745],  #29左眉右角
                         [-1.330353, 7.122144, 6.903745], #34右眉左角
                         [-6.825897, 6.760612, 4.402142], #38右眉右上角
                         [5.311432, 5.485328, 3.987654],  #13左眼左上角
                         [1.789930, 5.393625, 4.413414],  #17左眼右上角
                         [-1.789930, 5.393625, 4.413414], #25右眼左上角
                         [-5.311432, 5.485328, 3.987654], #21右眼右上角
                         [2.005628, 1.409845, 6.165652],  #55鼻子左上角
                         [-2.005628, 1.409845, 6.165652], #49鼻子右上角
                         [2.774015, -2.080775, 5.048531], #43嘴左上角
                         [-2.774015, -2.080775, 5.048531],#39嘴右上角
                         [0.000000, -3.116408, 6.097667], #45嘴中央下角
                         [0.000000, -7.415691, 4.070434]])#6下巴角

# 相机坐标系(XYZ)：添加相机内参
K = [6.5308391993466671e+002, 0.0, 3.1950000000000000e+002,
     0.0, 6.5308391993466671e+002, 2.3950000000000000e+002,
     0.0, 0.0, 1.0]# 等价于矩阵[fx, 0, cx; 0, fy, cy; 0, 0, 1]
# 图像中心坐标系(uv)：相机畸变参数[k1, k2, p1, p2, k3]
D = [7.0834633684407095e-002, 6.9140193737175351e-002, 0.0, 0.0, -1.3073460323689292e+000]

# 像素坐标系(xy)：填写凸轮的本征和畸变系数
cam_matrix = np.array(K).reshape(3, 3).astype(np.float32)
dist_coeffs = np.array(D).reshape(5, 1).astype(np.float32)



# 重新投影3D点的世界坐标轴以验证结果姿势
reprojectsrc = np.float32([[10.0, 10.0, 10.0],
                           [10.0, 10.0, -10.0],
                           [10.0, -10.0, -10.0],
                           [10.0, -10.0, 10.0],
                           [-10.0, 10.0, 10.0],
                           [-10.0, 10.0, -10.0],
                           [-10.0, -10.0, -10.0],
                           [-10.0, -10.0, 10.0]])
# 绘制正方体12轴
line_pairs = [[0, 1], [1, 2], [2, 3], [3, 0],
              [4, 5], [5, 6], [6, 7], [7, 4],
              [0, 4], [1, 5], [2, 6], [3, 7]]

def get_head_pose(shape):
    # 填写2D参考点，注释遵循https://ibug.doc.ic.ac.uk/resources/300-W/
    """
      17左眉左上角/21左眉右角/22右眉左上角/26右眉右上角/36左眼左上角/39左眼右上角/42右眼左上角/
      45右眼右上角/31鼻子左上角/35鼻子右上角/48左上角/54嘴右上角/57嘴中央下角/8下巴角
    """
    # 像素坐标集合
    image_pts = np.float32([shape[17], shape[21], shape[22], shape[26], shape[36],
                            shape[39], shape[42], shape[45], shape[31], shape[35],
                            shape[48], shape[54], shape[57], shape[8]])
    """
    用solvepnp或sovlepnpRansac，输入3d点、2d点、相机内参、相机畸变，输出r、t之后
    用projectPoints，输入3d点、相机内参、相机畸变、r、t，输出重投影2d点
    计算原2d点和重投影2d点的距离作为重投影误差
    """
    # solvePnP计算姿势——求解旋转和平移矩阵：
    # rotation_vec表示旋转矩阵，translation_vec表示平移矩阵，cam_matrix与K矩阵对应，dist_coeffs与D矩阵对应。
    _, rotation_vec, translation_vec = cv2.solvePnP(object_pts, image_pts, cam_matrix, dist_coeffs)
    # projectPoints重新投影误差
    reprojectdst, _ = cv2.projectPoints(reprojectsrc, rotation_vec, translation_vec, cam_matrix,dist_coeffs)

    reprojectdst = tuple(map(tuple, reprojectdst.reshape(8, 2)))# 以8行2列显示

    # 计算欧拉角calc euler angle
    # 参考https://docs.opencv.org/2.4/modules/calib3d/doc/camera_calibration_and_3d_reconstruction.html#decomposeprojectionmatrix
    rotation_mat, _ = cv2.Rodrigues(rotation_vec)#罗德里格斯公式（将旋转矩阵转换为旋转向量）
    pose_mat = cv2.hconcat((rotation_mat, translation_vec))# 水平拼接，vconcat垂直拼接
    # eulerAngles –可选的三元素矢量，包含三个以度为单位的欧拉旋转角度
    _, _, _, _, _, _, euler_angle = cv2.decomposeProjectionMatrix(pose_mat)# 将投影矩阵分解为旋转矩阵和相机矩阵

    return reprojectdst, euler_angle


def main():
    # return
    cap = cv2.VideoCapture(0)
    if not cap.isOpened():
        print("Unable to connect to camera.")
        return
    # 检测人脸
    detector = dlib.get_frontal_face_detector()
    # 检测第一个人脸的关键点
    predictor = dlib.shape_predictor(face_landmark_path)

    while cap.isOpened():
        ret, frame = cap.read()
        if ret:
            face_rects = detector(frame, 0)

            if len(face_rects) > 0:
                # 循环脸部位置信息，使用predictor(gray, rect)获得脸部特征位置的信息
                shape = predictor(frame, face_rects[0])
                # 将脸部特征信息转换为数组array的格式
                shape = face_utils.shape_to_np(shape)
                # 获取头部姿态
                reprojectdst, euler_angle = get_head_pose(shape)
                pitch = format(euler_angle[0, 0])
                yaw = format(euler_angle[1, 0])
                roll = format(euler_angle[2, 0])
                print('pitch:{}, yaw:{}, roll:{}'.format(pitch, yaw, roll))
                
                # 标出68个特征点
                for (x, y) in shape:
                    cv2.circle(frame, (x, y), 1, (0, 0, 255), -1)
                    
                # 绘制正方体12轴
                for start, end in line_pairs:
                    cv2.line(frame, reprojectdst[start], reprojectdst[end], (0, 0, 255))
                # 显示角度结果
                cv2.putText(frame, "X: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[0, 0]), (20, 20), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (0, 0, 255), thickness=2)
                cv2.putText(frame, "Y: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[1, 0]), (20, 50), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (0, 0, 255), thickness=2)
                cv2.putText(frame, "Z: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[2, 0]), (20, 80), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (0, 0, 255), thickness=2)    
    
            # 按q退出提示
            cv2.putText(frame, "Press 'q': Quit", (20, 450),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (84, 255, 159), 2)
            # 窗口显示 show with opencv
            cv2.imshow("Head_Posture", frame)

            if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                break
    # 释放摄像头 release camera
    cap.release()
    # do a bit of cleanup
    cv2.destroyAllWindows()


if __name__ == '__main__':
    main()

头部姿态显示效果：

点头如何判断是否是瞌睡？

主要参数：欧拉角

头部姿态判断打瞌睡得到实时头部姿态的旋转角度过后,为头部旋转角度的3个参数Yaw,Pitch和Roll的示意图,驾驶员在打瞌睡时，显然头部会做类似于点头和倾斜的动作.而根据一般人的打瞌睡时表现出来的头部姿态，显然很少会在Yaw上有动作，而主要集中在Pitch和Roll的行为.设定参数阈值为0.3,在一个时间段内10 s内，当I PitchI≥20°或者|Rolll≥20°的时间比例超过0.3时,就认为驾驶员处于打瞌睡的状态,发出预警。

参考链接：旋转矩阵、欧拉角、四元数理论及其转换关系

结合之前的疲劳驾驶，汇总代码：

# -*- coding: utf-8 -*-
# import the necessary packages
from scipy.spatial import distance as dist
from imutils.video import FileVideoStream
from imutils.video import VideoStream
from imutils import face_utils
import numpy as np # 数据处理的库 numpy
import argparse
import imutils
import time
import dlib
import cv2
import math
import time
from threading import Thread,
 
# 世界坐标系(UVW)：填写3D参考点，该模型参考http://aifi.isr.uc.pt/Downloads/OpenGL/glAnthropometric3DModel.cpp
object_pts = np.float32([[6.825897, 6.760612, 4.402142],  #33左眉左上角
                         [1.330353, 7.122144, 6.903745],  #29左眉右角
                         [-1.330353, 7.122144, 6.903745], #34右眉左角
                         [-6.825897, 6.760612, 4.402142], #38右眉右上角
                         [5.311432, 5.485328, 3.987654],  #13左眼左上角
                         [1.789930, 5.393625, 4.413414],  #17左眼右上角
                         [-1.789930, 5.393625, 4.413414], #25右眼左上角
                         [-5.311432, 5.485328, 3.987654], #21右眼右上角
                         [2.005628, 1.409845, 6.165652],  #55鼻子左上角
                         [-2.005628, 1.409845, 6.165652], #49鼻子右上角
                         [2.774015, -2.080775, 5.048531], #43嘴左上角
                         [-2.774015, -2.080775, 5.048531],#39嘴右上角
                         [0.000000, -3.116408, 6.097667], #45嘴中央下角
                         [0.000000, -7.415691, 4.070434]])#6下巴角

# 相机坐标系(XYZ)：添加相机内参
K = [6.5308391993466671e+002, 0.0, 3.1950000000000000e+002,
     0.0, 6.5308391993466671e+002, 2.3950000000000000e+002,
     0.0, 0.0, 1.0]# 等价于矩阵[fx, 0, cx; 0, fy, cy; 0, 0, 1]
# 图像中心坐标系(uv)：相机畸变参数[k1, k2, p1, p2, k3]
D = [7.0834633684407095e-002, 6.9140193737175351e-002, 0.0, 0.0, -1.3073460323689292e+000]

# 像素坐标系(xy)：填写凸轮的本征和畸变系数
cam_matrix = np.array(K).reshape(3, 3).astype(np.float32)
dist_coeffs = np.array(D).reshape(5, 1).astype(np.float32)



# 重新投影3D点的世界坐标轴以验证结果姿势
reprojectsrc = np.float32([[10.0, 10.0, 10.0],
                           [10.0, 10.0, -10.0],
                           [10.0, -10.0, -10.0],
                           [10.0, -10.0, 10.0],
                           [-10.0, 10.0, 10.0],
                           [-10.0, 10.0, -10.0],
                           [-10.0, -10.0, -10.0],
                           [-10.0, -10.0, 10.0]])
# 绘制正方体12轴
line_pairs = [[0, 1], [1, 2], [2, 3], [3, 0],
              [4, 5], [5, 6], [6, 7], [7, 4],
              [0, 4], [1, 5], [2, 6], [3, 7]]

def get_head_pose(shape):# 头部姿态估计
    # （像素坐标集合）填写2D参考点，注释遵循https://ibug.doc.ic.ac.uk/resources/300-W/
    # 17左眉左上角/21左眉右角/22右眉左上角/26右眉右上角/36左眼左上角/39左眼右上角/42右眼左上角/
    # 45右眼右上角/31鼻子左上角/35鼻子右上角/48左上角/54嘴右上角/57嘴中央下角/8下巴角
    image_pts = np.float32([shape[17], shape[21], shape[22], shape[26], shape[36],
                            shape[39], shape[42], shape[45], shape[31], shape[35],
                            shape[48], shape[54], shape[57], shape[8]])
    # solvePnP计算姿势——求解旋转和平移矩阵：
    # rotation_vec表示旋转矩阵，translation_vec表示平移矩阵，cam_matrix与K矩阵对应，dist_coeffs与D矩阵对应。
    _, rotation_vec, translation_vec = cv2.solvePnP(object_pts, image_pts, cam_matrix, dist_coeffs)
    # projectPoints重新投影误差：原2d点和重投影2d点的距离（输入3d点、相机内参、相机畸变、r、t，输出重投影2d点）
    reprojectdst, _ = cv2.projectPoints(reprojectsrc, rotation_vec, translation_vec, cam_matrix,dist_coeffs)
    reprojectdst = tuple(map(tuple, reprojectdst.reshape(8, 2)))# 以8行2列显示

    # 计算欧拉角calc euler angle
    # 参考https://docs.opencv.org/2.4/modules/calib3d/doc/camera_calibration_and_3d_reconstruction.html#decomposeprojectionmatrix
    rotation_mat, _ = cv2.Rodrigues(rotation_vec)#罗德里格斯公式（将旋转矩阵转换为旋转向量）
    pose_mat = cv2.hconcat((rotation_mat, translation_vec))# 水平拼接，vconcat垂直拼接
    # decomposeProjectionMatrix将投影矩阵分解为旋转矩阵和相机矩阵
    _, _, _, _, _, _, euler_angle = cv2.decomposeProjectionMatrix(pose_mat)
    
    pitch, yaw, roll = [math.radians(_) for _ in euler_angle]
 
 
    pitch = math.degrees(math.asin(math.sin(pitch)))
    roll = -math.degrees(math.asin(math.sin(roll)))
    yaw = math.degrees(math.asin(math.sin(yaw)))
    print('pitch:{}, yaw:{}, roll:{}'.format(pitch, yaw, roll))

    return reprojectdst, euler_angle# 投影误差，欧拉角

def eye_aspect_ratio(eye):
    # 垂直眼标志（X，Y）坐标
    A = dist.euclidean(eye[1], eye[5])# 计算两个集合之间的欧式距离
    B = dist.euclidean(eye[2], eye[4])
    # 计算水平之间的欧几里得距离
    # 水平眼标志（X，Y）坐标
    C = dist.euclidean(eye[0], eye[3])
    # 眼睛长宽比的计算
    ear = (A + B) / (2.0 * C)
    # 返回眼睛的长宽比
    return ear
 
def mouth_aspect_ratio(mouth):# 嘴部
    A = np.linalg.norm(mouth[2] - mouth[9])  # 51, 59
    B = np.linalg.norm(mouth[4] - mouth[7])  # 53, 57
    C = np.linalg.norm(mouth[0] - mouth[6])  # 49, 55
    mar = (A + B) / (2.0 * C)
    return mar

# 定义常数
# 眼睛长宽比
# 闪烁阈值
EYE_AR_THRESH = 0.2
EYE_AR_CONSEC_FRAMES = 3
# 打哈欠长宽比
# 闪烁阈值
MAR_THRESH = 0.5
MOUTH_AR_CONSEC_FRAMES = 3
# 瞌睡点头
HAR_THRESH = 0.3
NOD_AR_CONSEC_FRAMES = 3
# 初始化帧计数器和眨眼总数
COUNTER = 0
TOTAL = 0
# 初始化帧计数器和打哈欠总数
mCOUNTER = 0
mTOTAL = 0
# 初始化帧计数器和点头总数
hCOUNTER = 0
hTOTAL = 0

# 初始化DLIB的人脸检测器（HOG），然后创建面部标志物预测
print("[INFO] loading facial landmark predictor...")
# 第一步：使用dlib.get_frontal_face_detector() 获得脸部位置检测器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
# 第二步：使用dlib.shape_predictor获得脸部特征位置检测器
predictor = dlib.shape_predictor('D:/myworkspace/JupyterNotebook/fatigue_detecting/model/shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
 
# 第三步：分别获取左右眼面部标志的索引
(lStart, lEnd) = face_utils.FACIAL_LANDMARKS_IDXS["left_eye"]
(rStart, rEnd) = face_utils.FACIAL_LANDMARKS_IDXS["right_eye"]
(mStart, mEnd) = face_utils.FACIAL_LANDMARKS_IDXS["mouth"]

# 第四步：打开cv2 本地摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)
 
# 从视频流循环帧
while True:
    # 第五步：进行循环，读取图片，并对图片做维度扩大，并进灰度化
    ret, frame = cap.read()
    frame = imutils.resize(frame, width=720)
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # 第六步：使用detector(gray, 0) 进行脸部位置检测
    rects = detector(gray, 0)
    
    # 第七步：循环脸部位置信息，使用predictor(gray, rect)获得脸部特征位置的信息
    for rect in rects:
        shape = predictor(gray, rect)
        
        # 第八步：将脸部特征信息转换为数组array的格式
        shape = face_utils.shape_to_np(shape)
        
        # 第九步：提取左眼和右眼坐标
        leftEye = shape[lStart:lEnd]
        rightEye = shape[rStart:rEnd]
        # 嘴巴坐标
        mouth = shape[mStart:mEnd]        
        
        # 第十步：构造函数计算左右眼的EAR值，使用平均值作为最终的EAR
        leftEAR = eye_aspect_ratio(leftEye)
        rightEAR = eye_aspect_ratio(rightEye)
        ear = (leftEAR + rightEAR) / 2.0
        # 打哈欠
        mar = mouth_aspect_ratio(mouth)
 
        # 第十一步：使用cv2.convexHull获得凸包位置，使用drawContours画出轮廓位置进行画图操作
        leftEyeHull = cv2.convexHull(leftEye)
        rightEyeHull = cv2.convexHull(rightEye)
        cv2.drawContours(frame, [leftEyeHull], -1, (0, 255, 0), 1)
        cv2.drawContours(frame, [rightEyeHull], -1, (0, 255, 0), 1)
        mouthHull = cv2.convexHull(mouth)
        cv2.drawContours(frame, [mouthHull], -1, (0, 255, 0), 1)
 
        # 第十二步：进行画图操作，用矩形框标注人脸
        left = rect.left()
        top = rect.top()
        right = rect.right()
        bottom = rect.bottom()
        cv2.rectangle(frame, (left, top), (right, bottom), (0, 255, 0), 1)    
 
        '''
            分别计算左眼和右眼的评分求平均作为最终的评分，如果小于阈值，则加1，如果连续3次都小于阈值，则表示进行了一次眨眼活动
        '''
        # 第十三步：循环，满足条件的，眨眼次数+1
        if ear < EYE_AR_THRESH:# 眼睛长宽比：0.2
            COUNTER += 1
           
        else:
            # 如果连续3次都小于阈值，则表示进行了一次眨眼活动
            if COUNTER >= EYE_AR_CONSEC_FRAMES:# 阈值：3
                TOTAL += 1
            # 重置眼帧计数器
            COUNTER = 0
            
        # 第十四步：进行画图操作，同时使用cv2.putText将眨眼次数进行显示
        cv2.putText(frame, "Faces: {}".format(len(rects)), (10, 30),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)     
        cv2.putText(frame, "COUNTER: {}".format(COUNTER), (150, 30),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2) 
        cv2.putText(frame, "EAR: {:.2f}".format(ear), (300, 30),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
        cv2.putText(frame, "Blinks: {}".format(TOTAL), (450, 30),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (255,255,0), 2)
        
        '''
            计算张嘴评分，如果小于阈值，则加1，如果连续3次都小于阈值，则表示打了一次哈欠，同一次哈欠大约在3帧
        '''
        # 同理，判断是否打哈欠    
        if mar > MAR_THRESH:# 张嘴阈值0.5
            mCOUNTER += 1
            cv2.putText(frame, "Yawning!", (10, 60),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
        else:
            # 如果连续3次都小于阈值，则表示打了一次哈欠
            if mCOUNTER >= MOUTH_AR_CONSEC_FRAMES:# 阈值：3
                mTOTAL += 1
            # 重置嘴帧计数器
            mCOUNTER = 0
        cv2.putText(frame, "COUNTER: {}".format(mCOUNTER), (150, 60),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2) 
        cv2.putText(frame, "MAR: {:.2f}".format(mar), (300, 60),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
        cv2.putText(frame, "Yawning: {}".format(mTOTAL), (450, 60),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (255,255,0), 2)
        """
        瞌睡点头
        """
        # 第十五步：获取头部姿态
        reprojectdst, euler_angle = get_head_pose(shape)
        
        har = euler_angle[0, 0]# 取pitch旋转角度
        if har > HAR_THRESH:# 点头阈值0.3
            hCOUNTER += 1
        else:
            # 如果连续3次都小于阈值，则表示瞌睡点头一次
            if hCOUNTER >= NOD_AR_CONSEC_FRAMES:# 阈值：3
                hTOTAL += 1
            # 重置点头帧计数器
            hCOUNTER = 0
        
        # 绘制正方体12轴
        for start, end in line_pairs:
            cv2.line(frame, reprojectdst[start], reprojectdst[end], (0, 0, 255))
        # 显示角度结果
        cv2.putText(frame, "X: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[0, 0]), (10, 90), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (0, 255, 0), thickness=2)# GREEN
        cv2.putText(frame, "Y: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[1, 0]), (150, 90), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (255, 0, 0), thickness=2)# BLUE
        cv2.putText(frame, "Z: " + "{:7.2f}".format(euler_angle[2, 0]), (300, 90), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.75, (0, 0, 255), thickness=2)# RED    
        cv2.putText(frame, "Nod: {}".format(hTOTAL), (450, 90),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (255,255,0), 2)
        
            
        # 第十六步：进行画图操作，68个特征点标识
        for (x, y) in shape:
            cv2.circle(frame, (x, y), 1, (0, 0, 255), -1)

    print('嘴巴实时长宽比:{:.2f} '.format(mar)+"\t是否张嘴："+str([False,True][mar > MAR_THRESH]))
    print('眼睛实时长宽比:{:.2f} '.format(ear)+"\t是否眨眼："+str([False,True][COUNTER>=1]))
    
    # 确定疲劳提示:眨眼50次，打哈欠15次，瞌睡点头15次
    if TOTAL >= 50 or mTOTAL>=15 or hTOTAL>=15:
        cv2.putText(frame, "SLEEP!!!", (100, 200),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 255), 3)
        
    # 按q退出
    cv2.putText(frame, "Press 'q': Quit", (20, 500),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (84, 255, 159), 2)
    # 窗口显示 show with opencv
    cv2.imshow("Frame", frame)
    
    # if the `q` key was pressed, break from the loop
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
        
# 释放摄像头 release camera
cap.release()
# do a bit of cleanup
cv2.destroyAllWindows()

（5）运行效果

疲劳认定标准：
眨眼：连续3帧内，眼睛长宽比为 0.2
打哈欠：嘴部长宽比为 0.5
瞌睡点头：pitch（x）旋转角为 0.3

完整项目，码云下载链接：https://gitee.com/cungudafa/fatigue_detecting