Matlab人脸检测方法（Face Parts Detection）详解

　　今天同学让我帮忙制作一个人脸表情识别的样本库，其中主要是对人脸进行裁剪，这里用到了一个相对较新的Matlab人脸检测方法Face Parts Detection，网上百度了一下发现关于Matlab人脸检测的代码和资源并不多，故此专门撰写一篇博客来详细介绍这个人脸检测方法的用途。

　　一、下载对应的工具包

　　首先下载对应的工具包，matlab最方便的地方莫过于此了，直接下载、配置简单、并且可以查看源码，这里给出对应的工具包下载地址：Face Parts Detection工具包。

　　点击“Download Zip”下载按钮开始下载，下载完成后解压，得到如下文件：

　　二、配置工具包

　　下载完成后开始配置工具箱。首先需要强调一点，这个方法需要依赖两个Matlab图像处理方面的工具箱Image Processing Toolbox和Computer Vision System Toolbox，几乎所有版本的Matlab都默认集成了Image Processing工具箱，但对于Computer Vision System工具箱只有相对较高版本（Matlab2013及以上）的Matlab版本才进行了集成，因此如果在程序执行过程中提示缺少对应的工具箱，则需要手动进行配置Computer Vision System。

　　假设Matlab已经配置好了以上两个工具箱，接下来开始配置Face Parts Detection工具包，方法极其简单，只需在Set Path对话框中将当前工具箱的文件夹（这里是Face_detection_Parts文件夹）路径添加到系统的搜索路径即可：

　　三、进行批量人脸检测

　　工具箱配置完成后开始利用其进行人脸检测。

　　3.1、批量读取图片

　　首先，需要对数据库中的图像进行批量读取，读取完之后再进行人脸检测。首先给出批量读取的代码，稍后解释：

clear;
stImageFilePath  = 'E:\CAS-PEAL-R1(1)\CAS-PEAL-R1\FRONTAL\Expression\';
stImageSavePath  = 'E:\Face_Detection\';
dirImagePathList = dir(strcat(stImageFilePath,'*.tif'));        %读取该文件夹下所有图片的路径（字符串格式）
iImageNum        = length(dirImagePathList);                    %获取图片的总数量
if iImageNum > 0                                                %批量读入图片，进行五官检测，再批量检测
    for i = 1 : iImageNum
        iSaveNum      = int2str(i);
        stImagePath   = dirImagePathList(i).name;
        mImageCurrent = imread(strcat(stImageFilePath,stImagePath));
    end
end

　　这里采用dir（）函数的方法来读取目录下所有文件的文件名，dirImagePathList(i).name中保存了文件夹下的所有文件的名称。有关Matlab中dir（）函数的用法大家可以参考网络资料。stImageFilePath变量保存了当前图片所在文件夹的路径（这里为E:\CAS-PEAL-R1(1)\CAS-PEAL-R1\FRONTAL\Expression\），stImageSavePath变量指定了裁剪之后的人脸图像的保存路径。这里需要注意的一点就是保存裁剪结果的文件夹需要事先创建好（或者在程序中通过mkdir等函数来提前创建）。通过strcat（）函数来判断当前图像名称中是否包含“.tif”来确定其是否为图像文件（这里的数据库中的图像文件都是tif格式的），

　　3.2、编写人脸检测函数

　　批量读取图像完成后，开始进行人脸检测，这里选择将人脸检测封装为一个脚本文件方便调用，这里暂且将其命名为face_segment.m文件。

　　首先，需要判断当前图像的通道数，因为Face Parts Detection方法只能针对三通道图像进行人脸检测，如果当前图像为灰度图（单通道图），则需要先将其转换为三通道矩阵形式：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%将灰度图变为三通道图%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if(size(mImageSrc,3) == 1) 
    mImage2detect(:,:,1) = mImageSrc;
    mImage2detect(:,:,2) = mImageSrc;
    mImage2detect(:,:,3) = mImageSrc;
else
    mImage2detect = mImageSrc;
end

　　然后开始调用工具箱进行人脸检测，就两句代码即可（可见作者将程序封装得何其之好）：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%对图像进行人脸检测%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
FaceDetector               = buildDetector(); 
[bbox,bbimg,faces,bbfaces] = detectFaceParts(FaceDetector,mImage2detect,2);

　　对于bbox,bbimg,faces,bbfaces这四个检测结果的具体含义，在detectFaceParts.m文件的开头部分作者给出了详细的解释，我们这里只用到bbox这个变量，它里面分别保存了所检测出的人脸区域（一个矩形框）的左上角坐标以及宽度和高度。

　　检测完成之后，再统一将图像转换为灰度图，保证格式的统一，方便保存：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%输入图像灰度化%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if 1 ~= size(mImageSrc,3)
    mImageSrc = rgb2gray(mImageSrc);
    mImageSrc = double(mImageSrc);
elseif 1     == size(mImageSrc,3)
    mImageSrc = double(mImageSrc);
end

　　接下来开始对人脸区域进行分割。这个有两种分割策略，一种是直接使用检测到的人脸框bbox对原图进行截取，在不可控的采集条件下只能用这种方法来分割人脸；第二种策略是针对人脸框bbox首先确定人脸区域的中心点，然后再以中心点为基准向四周按照一定比例进行外扩，这种方法仅适合采集条件严格可控、人脸大致对齐的人脸数据库，恰好我们所处理的数据库满足这种要求，因此在这里采用第二种策略进行人脸区域分割，代码如下：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%得到人脸区域框的中心点%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
recFace.x          = bbox(1,1);
recFace.y          = bbox(1,2);
recFace.width      = bbox(1,3);
recFace.height     = bbox(1,4);

ptFaceCenter.x     = recFace.x + recFace.width / 2;
ptFaceCenter.y     = recFace.y + recFace.height / 2;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%以中心点为基准进行外扩（即对人脸选框进行调整）%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
recFace.x         = ptFaceCenter.x - recFace.width * 0.4;
recFace.y         = ptFaceCenter.y - recFace.height * 0.35;
recFace.width     = recFace.width * 0.8 ;
recFace.height    = recFace.height * 0.8 ;

mFaceResult       = uint8(imcrop(mImageSrc,[recFace.x,recFace.y,recFace.width,recFace.height]));

　　这里只涉及到了简单的几何知识，因此不再赘述，确定好人脸矩形区域之后，使用imcrop（）函数进行区域分割。这里给出face_segment.m文件的完整代码：

%===============================================================================
%函数名称：face_segment
%输入参数：mImageSrc，待分割的人脸图像，可能是灰度图像，也可能是彩色图像
%输出参数：mFaceResult，分割后的人脸结果，应为灰度图像
%主要步骤：1）进行人脸检测，得到脸部区域的框框
%         2）得到脸部图像框的中心点
%         3）根据中心点，对图像进行等比例外扩，得到合适大小的人脸图像
%注意事项：1)首先需要判断该图像是否为灰度图，若为灰度图，需要先将其转换为三通道彩色图
%===============================================================================
function mFaceResult = face_segment(mImageSrc)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%将灰度图变为三通道图%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if(size(mImageSrc,3) == 1)
    mImage2detect(:,:,1) = mImageSrc;
    mImage2detect(:,:,2) = mImageSrc;
    mImage2detect(:,:,3) = mImageSrc;
else
    mImage2detect = mImageSrc;
end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%对图像进行人脸检测%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
FaceDetector               = buildDetector();
[bbox,bbimg,faces,bbfaces] = detectFaceParts(FaceDetector,mImage2detect,2);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%输入图像灰度化%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if 1 ~= size(mImageSrc,3)
    mImageSrc = rgb2gray(mImageSrc);
    mImageSrc = double(mImageSrc);
elseif 1     == size(mImageSrc,3)
    mImageSrc = double(mImageSrc);
end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%得到人脸区域框的中心点%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
recFace.x          = bbox(1,1);
recFace.y          = bbox(1,2);
recFace.width      = bbox(1,3);
recFace.height     = bbox(1,4);

ptFaceCenter.x     = recFace.x + recFace.width / 2;
ptFaceCenter.y     = recFace.y + recFace.height / 2;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%以中心点为基准进行外扩（即对人脸选框进行调整）%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
recFace.x         = ptFaceCenter.x - recFace.width * 0.4;
recFace.y         = ptFaceCenter.y - recFace.height * 0.35;
recFace.width     = recFace.width * 0.8 ;
recFace.height    = recFace.height * 0.8 ;

mFaceResult       = uint8(imcrop(mImageSrc,[recFace.x,recFace.y,recFace.width,recFace.height]));
end

　　四、人脸批量保存

　　在完成人脸检测函数之后，开始对人脸进行检测分割和批量保存，这里直接给出代码：

clear;
stImageFilePath  = 'E:\CAS-PEAL-R1(1)\CAS-PEAL-R1\FRONTAL\Expression\';
stImageSavePath  = 'E:\Face_Detection\';
dirImagePathList = dir(strcat(stImageFilePath,'*.tif'));        %读取该文件夹下所有图片的路径（字符串格式）
iImageNum        = length(dirImagePathList);                    %获取图片的总数量
if iImageNum > 0                                                %批量读入图片，进行五官检测，再批量检测
    for i = 1 : iImageNum
        iSaveNum      = int2str(i);
        stImagePath   = dirImagePathList(i).name;
        mImageCurrent = imread(strcat(stImageFilePath,stImagePath));
        mFaceResult   = face_segment(mImageCurrent);
        imwrite(mFaceResult,strcat(stImageSavePath,iSaveNum,'.bmp')); end end

　　这段代码的逻辑相对简单，调用strcat（）字符串拼接函数来完成检测结果的自动命名，考虑到版权问题，这里不粘贴最终的人脸分割结果，但程序亲测可用，没有问题。

　　五、注意事项

　　1、OpenCv人脸检测函数

　　进行人脸检测是Matlab并不是唯一选择，OpenCv也同样封装的人脸检测函数，不过OpenCv中封装的人脸检测函数是基于AdaBoost算法，相对经典而古老，性能不如本文中所介绍的人脸检测算法，并且OpenCv在读取tif格式的图像文件时显得异常麻烦。

　　2、原理介绍

　　在这篇博文中我们只介绍了Face Parts Detection算法的具体用法，至于去人脸检测原理，将来有时间了我再专门写博文进行介绍。

　　3、打不开github的话我可以给发邮箱

　　如果出现不能正常登陆github网站，无法下载工具箱的情况，可以给我发邮件，我会抓时间提供相应的工具箱

　　4、灰度图不等于单通道图

　　在这里再强调一个小问题，就是灰度图与单通道图的关系，理论上来说这两个名词完全属于不同的概念，灰度图不一定是单通道图，因为三个通道的RGB值均相等的三通道图在视觉上同样变现为灰度图，不过单通道图肯定是灰度图。