人脸识别使用的算法思路为:首先,定位一张图像中所有的人脸位置;其次,对于同一张脸,当光线改变或者朝向方位改变时,算法还能判断是同一张脸;然后找到每一张脸不同于其他脸的独特之处,比如脸的大小、眉毛的弯曲程度,并表示出来;最后,通过把表示出来的脸的特征数据与数据库中的所有的人脸特征进行匹配,确定图像中人的身份信息。
OpenFace 是一个基于深度神经网络的人脸识别和面部特征提取系统,它主要由以下几个关键步骤组成:
人脸检测:
特征对齐:
特征提取:
特征匹配和识别:
结果输出:
OpenFace的流程如图所示,下面将依次对流程图的每一步进行解释。
使用Dlib进行人脸检测的代码如下:
import dlib
import cv2
# 加载Dlib的人脸检测器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
# 读取图像
image_path = 'your_image.jpg' # 替换为你的图像路径
image = cv2.imread(image_path)
# 将图像转换为灰度图像
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 检测人脸
faces = detector(gray_image)
# 绘制人脸边界框
for face in faces:
x, y, w, h = (face.left(), face.top(), face.width(), face.height())
cv2.rectangle(image, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)
# 显示图像
cv2.imshow('Detected Faces', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
使用OpenCV的Haar级联分类器进行人脸检测的代码如下:
import cv2
# 加载Haar级联分类器的人脸检测模型
face_cascade = cv2.CascadeClassifier(cv2.data.haarcascades + 'haarcascade_frontalface_default.xml')
# 读取图像
image_path = 'your_image.jpg' # 替换为你的图像路径
image = cv2.imread(image_path)
# 将图像转换为灰度图像
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 检测人脸
faces = face_cascade.detectMultiScale(gray_image, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5, minSize=(30, 30))
# 绘制人脸边界框
for (x, y, w, h) in faces:
cv2.rectangle(image, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)
# 显示图像
cv2.imshow('Detected Faces', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
进行人脸对齐的代码如下:
import cv2
import dlib
import numpy as np
# 加载dlib的人脸检测器和关键点检测器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
predictor = dlib.shape_predictor('shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
# 读取图像
image = cv2.imread('input_image.jpg')
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 检测人脸
faces = detector(gray)
for face in faces:
# 获取人脸区域
landmarks = predictor(gray, face)
landmarks = np.array([(p.x, p.y) for p in landmarks.parts()])
# 选取关键点
left_eye = landmarks[36]
right_eye = landmarks[45]
nose_tip = landmarks[30]
mouth_left = landmarks[48]
mouth_right = landmarks[54]
# 计算仿射变换矩阵
desiredLeftEye = (0.35, 0.35)
desiredFaceWidth = 256
desiredFaceHeight = 256
# 计算眼睛中心点
eyesCenter = ((left_eye[0] + right_eye[0]) // 2, (left_eye[1] + right_eye[1]) // 2)
# 计算仿射变换矩阵
tform = cv2.estimateAffinePartial2D(np.array([
[left_eye[0], left_eye[1]],
[right_eye[0], right_eye[1]],
[nose_tip[0], nose_tip[1]]
]), np.array([
[desiredFaceWidth * desiredLeftEye[0], desiredFaceHeight * desiredLeftEye[1]],
[desiredFaceWidth * (1.0 - desiredLeftEye[0]), desiredFaceHeight * desiredLeftEye[1]],
[desiredFaceWidth * 0.5, desiredFaceHeight * (1.0 - desiredLeftEye[1])]
]))[0]
# 应用仿射变换
aligned_face = cv2.warpAffine(image, tform, (desiredFaceWidth, desiredFaceHeight), flags=cv2.INTER_CUBIC)
# 显示对齐结果
cv2.imshow("Aligned Face", aligned_face)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
人脸嵌入(Embedding):
欧几里得距离计算:
使用 face_recognition
库进行人脸嵌入的代码如下,假设每张图像中只有一个人脸。
import face_recognition
import cv2
import numpy as np
# 从给定的图像路径中提取人脸嵌入。它使用 face_recognition 库中的 face_encodings 方法来提取图像中每个人脸的128维特征向量。
def extract_face_embeddings(image_path):
# 读取图像
image = face_recognition.load_image_file(image_path)
# 查找图像中的所有人脸位置
face_locations = face_recognition.face_locations(image)
# 提取所有人脸的嵌入特征
face_encodings = face_recognition.face_encodings(image, face_locations)
return face_encodings
# 计算两个128维人脸嵌入向量之间的欧几里得距离,距离越小表示这两个嵌入越相似。
def calculate_euclidean_distance(embedding1, embedding2):
# 计算两个嵌入向量之间的欧几里得距离
return np.linalg.norm(np.array(embedding1) - np.array(embedding2))
def main():
# 读取并提取特征
image1_path = 'path_to_image1.jpg'
image2_path = 'path_to_image2.jpg'
encodings1 = extract_face_embeddings(image1_path)
encodings2 = extract_face_embeddings(image2_path)
if encodings1 and encodings2:
# 假设我们对每个图像只处理一个人脸
distance = calculate_euclidean_distance(encodings1[0], encodings2[0])
print(f'Euclidean distance between the two face embeddings: {distance}')
else:
print('Could not extract face embeddings from one or both images.')
if __name__ == "__main__":
main()
人脸验证(Face Verification):
人脸识别(Face Recognition):
人脸聚类(Face Clustering):