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手把手教你完成一个Python与OpenCV人脸识别项目（对图片、视频、摄像头人脸的检测）超详细保姆级记录！

课程来源：一天搞定人脸识别项目！学不会up直接下跪！（python+opencv）_哔哩哔哩_bilibili

环境配置详见：

在conda虚拟环境中安装OpenCv并在pycharm中使用_conda虚拟环境安装opencv_好喜欢吃红柚子的博客-CSDN博客

一、读取图片

1.1 imshow和WaitKey方法

waitKey()–是在一个给定的时间内(单位ms)等待用户按键触发;

waitKey() 函数的功能是不断刷新图像 , 频率时间为delay , 单位为ms

  • 返回值为当前键盘按键值
  • 如果用户没有按下键,则继续等待 (循环)
  • 常见 : 设置 waitKey(0) , 则表示程序会无限制的等待用户的按键事件；一般在 imgshow 的时候 , 如果设置 waitKey(0) , 代表按任意键继续
    waitkey控制着imshow的持续时间，当imshow之后不跟waitkey时，相当于没有给imshow提供时间展示图像，所以只有一个空窗口一闪而过。添加了waitkey后，哪怕仅仅是cv2.waitkey(1),我们也能截取到一帧的图像。所以cv2.imshow后边是必须要跟cv2.waitkey的。

cv2.waitKey的入门级理解_山上有强强的博客-CSDN博客_cv2.waitkey

python cv2.waitKey()函数_漫天丶飞雪的博客-CSDN博客_cv2.waitkey

1.2 代码实现

#导入cv模块
import cv2 as cv
#读取图片
img = cv.imread('1.png')
#显示图片
cv.imshow('showFace',img)
#等待delay
cv.waitKey(0)
#释放内存
cv.destroyAllWindows()

1.3 效果展示

二、图片灰度化

2.1 图片灰度化作用

图像处理时为什么灰度化_图像灰度化处理的目的_whaosoft143的博客-CSDN博客

为什么做图片识别要将彩色图像灰度化呢？

图像灰度化的目的是为了简化矩阵，提高运算速度。

    彩色图像中的每个像素颜色由R、G、B三个分量来决定，而每个分量的取值范围都在0-255之间，这样对计算机来说，彩色图像的一个像素点就会有256*256*256=16777216种颜色的变化范围！

    而灰度图像是R、G、B分量相同的一种特殊彩色图像，对计算机来说，一个像素点的变化范围只有0-255这256种。

    彩色图片的信息含量过大，而进行图片识别时，其实只需要使用灰度图像里的信息就足够了，**所以图像灰度化的目的就是为了提高运算速度。**

    当然，有时图片进行了灰度处理后还是很大，也有可能会采用二值化图像（即像素值只能为0或1）。

2.2 所需方法

2.2.1 设置灰度方法

cvtColor()

2.2.2 保存图片方法

imwrite()

2.3 代码实现

#导入模块
import cv2 as cv
#读取图片
img = cv.imread("face1.png")
#灰度转换
gray_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGRA2GRAY)
#显示灰度
cv.imshow("greyImg",gray_img)
#保存灰度图片
cv.imwrite('gray_face1.png',gray_img)
#等待
cv.waitKey(0)
#释放内存
cv.destroyAllWindows()

2.4 效果展示

2.4.1 显示灰度图片

2.4.2 保存灰度图片

    在关闭显示的灰度图片后，会将该图片进行保存

三、尺寸转换

3.1 尺寸转换方法

resize()

3.2 代码展示

import cv2 as cv

#读取图片
img = cv.imread("face1.png")
#修改尺寸
img_resized = cv.resize(img,(200,200))
#显示原图
cv.imshow("face01",img)
#显示修改尺寸后的图
cv.imshow("face01_resized",img_resized)
#打印原图和修改图的尺寸
print("原图大小:",img.shape,"\n修改后大小:",img_resized.shape)
#保存修改大小后的图片
cv.imwrite("resize_face1.png",img_resized)
#等待
cv.waitKey(0)
#释放内存
cv.destroyAllWindows()

3.3 效果展示

3.3.1 显示修改后的图片

3.3.2 保存图片

3.3.3 输出图片的大小

3为彩色图片的通道数。

3.4 按下英文输入法中的m键后退出程序

  • ord('m') ：返回m的ascii码
import cv2 as cv

#读取图片
img = cv.imread("face1.png")
#修改尺寸
img_resized = cv.resize(img,(200,200))
#显示原图
cv.imshow("face01",img)
#显示修改尺寸后的图
cv.imshow("face01_resized",img_resized)
#打印原图和修改图的尺寸
print("原图大小:",img.shape,"\n修改后大小:",img_resized.shape)
#按下m键时退出程序
while True:
    if ord('m') == cv.waitKey(0):
        break
#释放内存
cv.destroyAllWindows()

四、绘制矩形和圆形框

4.1 绘制矩形

cv2.rectangle(img, pt1, pt2, color, thickness=None, lineType=None, shift=None)

参数介绍：

python版opencv函数学习笔记-cv.rectangle()全参数理解_风一样的夏天001的博客-CSDN博客

作用：根据给定的左上顶点和右下顶点画矩形

** 参数说明：**

  • img：指定一张图片，在这张图片的基础上进行绘制；
  • pt1： 矩形的一个顶点；
  • pt2： 与pt1在对角线上相对的矩形的顶点；
  • color：指定边框的颜色，由（B,G,R）组成，当为（255,0，0）时为绿色，可以自由设定；
  • thinkness：线条的粗细值，为正值时代表线条的粗细（以像素为单位），为负值时边框实心;

4.2 绘制圆形

cv2.circle(img, center, radius, color, thickness=None, lineType=None, shift=None):

作用：根据给定的圆心和半径等画圆

参数说明：

  • img：输入的图片data
  • center：圆心位置
  • radius：圆的半径
  • color：圆的颜色
  • thickness：圆形轮廓的粗细（如果为正）。负厚度表示要绘制实心圆。

4.3 代码实现

import cv2 as cv
x,y,w,h = 100,100,100,100
#读取图片
img = cv.imread("face1.png")
#绘制矩形
cv.rectangle(img,pt1=(x,y),pt2=(x+w,y+h),color=(0,0,255),thickness=1)
#绘制圆形
cv.circle(img,center=(x,y),radius=100,color=(255,0,0),thickness=2)
#显示图片
cv.imshow("draw_face1",img)

while True:
    if ord('m')==cv.waitKey(0):
        break
cv.destroyAllWindows()

4.4 效果展示

五、人脸检测

5.1 OpenCV自带的分类器

     在下图的路径中，我们可以看到需要xml文件，这些都是OpenCV中自带的分类器，根据文件名我们可以看到有识别眼睛的，身体的，脸的，等等。

    使用cv.CascadeClassifier（参数：分类器所在路径）方法定义一个分类器对象。

 ![](https://img-blog.csdnimg.cn/a6b5508ecd5c4cfd888340eb9430a1e0.png)

我的分类器所在位置：

  • OpenCV分类器路径：G:\conda\envs\testOpencv\Lib\site-packages\cv2\data
  • 本次使用的分类器文件名：haarcascade_frontalface_alt2.xml
  • 在代码中输入的完整路径（需要把右下划线改为左下划线）： G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_alt2.xml

5.2 detectMultiScale方法

opencv人脸检测--detectMultiScale函数_walker lee的博客-CSDN博客_detectmultiscale

detectMultiScale

** **(self,
image: Any,
scaleFactor: Any = None,
minNeighbors: Any = None,
flags: Any = None,
minSize: Any = None,
maxSize: Any = None)

作用：

    它可以检测出图片中所有的人脸，并将人脸**用vector保存**各个人脸的坐标、大小，用矩形Rect类表示，函数由分类器对象调用。

参数介绍：

  1. image： 待检测图片，一般为灰度图像加快检测速度；
  2. scaleFactor：表示在前后两次相继的扫描中，搜索窗口的比例系数。默认为1.1，即每次搜索窗口依次扩大10%; scale_factor参数可以决定两个不同大小的窗口扫描之间有多大的跳跃，这个参数设置的大，则意味着计算会变快，但如果窗口错过了某个大小的人脸，则可能丢失物体
  3. minNeighbors：默认值为3，表示每一个目标至少要被检测到3次才算是真的目标(因为周围的像素和不同的窗口大小都可以检测到人脸),
  4. flags：一般使用默认值0；
  5. minSize和maxSize用来限制得到的目标区域的最大/最小尺寸。

5.3 代码

import cv2 as cv

def face_detect_methed():
    # 图片灰度化
    grey_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGRA2GRAY)
    # 定义分类器，使用OpenCV自带的分类器
    face_detector = cv.CascadeClassifier('G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_alt2.xml')
    # 使用分类器
    face = face_detector.detectMultiScale(grey_img)
    # 在图片中对人脸画矩阵
    for x,y,w,h in face:
        cv.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),color=(0,0,255),thickness=2)
    cv.imshow('result',img)

#读取图像
img = cv.imread("face1.png")
#调用检测函数
face_detect_methed()

while True:
    if ord('m') == cv.waitKey(0):
        break

cv.destroyAllWindows()

5.4 效果展示

此时为没有设定参数，可以看到图片识别人脸出现了失误，把背景中的海浪也识别为了人脸。

在调整了参数后可以看到，人脸识别正确，识别出了一个人脸

六、检测多个人脸

  此次可以识别多个人脸，**与识别一个人脸的代码基本相同**，这次换了一个分类器，即OpenCV自带的默认人脸识别分类器，调整了一下detectMultiScale的参数，识别结果较为准确，但是有一个人脸未识别出来。

6.1 代码实现

import cv2 as cv

def face_detect_methed():
    # 图片灰度化
    grey_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGRA2GRAY)
    # 定义分类器，使用OpenCV自带的分类器
    face_detector = cv.CascadeClassifier('G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_default.xml')
    # 使用分类器
    face = face_detector.detectMultiScale(grey_img,1.1,5,0,(10,10),(200,200))
    # 在图片中对人脸画矩阵
    for x,y,w,h in face:
        cv.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),color=(0,0,255),thickness=2)
    cv.imshow('result',img)

#读取图像
img = cv.imread("faceMorePeople.png")
#调用检测函数
face_detect_methed()

while True:
    if ord('m') == cv.waitKey(0):
        break

cv.destroyAllWindows()

6.2 效果展示

     可以看到识别的不算准确，c位的人脸没有被识别出来，我挑了很多次参数也换了分类器还是不行，就这样吧那~


    换了一张有两个人脸的照片，可以检测出来。

七、对视频的检测

7.1 所需函数

7.1.1 创建读取摄像头/视频对象的函数

cap = cv2.VideoCapture(filepath)

cap为读取摄像头或视频的对象。

  • cv2.VideoCapture可以捕获摄像头，用数字来控制不同的设备，例如cv.VideoCapture(0)为电脑自带摄像头，1为外接摄像头。
  • 如果是视频文件，直接指定好路径即可,如 cv.VideoCapture('G:/1.mp4')，即读取在G盘中名为1的MP4视频文件。

7.1.2 读取视频帧函数

flag, frame = cap.read()

  • 第一个参数flag为True或者False,代表有没有读取到图片
  • 第二个参数frame表示截取到一帧的图片

在这里我们需要使用一个循环判断是否捕获到图像：

  • 如果flag==false，说明视频结束，退出循环
  • 否则则继续将视频中捕获到的帧图像放入检测函数face_detect_method中进行检测。
while True:
    flag,frame = cap.read()
    if not flag:
        break
    face_detect_method(frame)
    if ord('c')==cv.waitKey(1):
        break

7.1.3 释放图像

cap.release()

    使用结束后释放摄像头资源。

7.1.4 WaitKey方法

    需要设置WaitKey方法的参数为1，如果为0的话则只能捕获到视频的第一帧，不能播放视频。

7.2 摄像头捕获识别

7.2.1 代码实现

    可以看到 

import cv2 as cv

# 检测方法定义
def face_detect_method(img):
    grey_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGRA2GRAY)
    face_detector = cv.CascadeClassifier("G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_default.xml")
    face = face_detector.detectMultiScale(grey_img,1.02,4)
    for x,y,w,h in face:
        cv.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),(255,0,0),2)
    cv.imshow("result",img)

#读取摄像头
cap = cv.VideoCapture(0)
#读取视频
#cap = cv.VideoCapture('G:/1.mp4')

# 循环判断
while True:
    flag,frame = cap.read()
    if not flag:
        break
    face_detect_method(frame)
    if ord('c')==cv.waitKey(1):
        break

cv.destroyAllWindows()
cap.release()

    可以看到打开摄像头后成功识别到了我的脸，两个人的也可以识别。

7.3 视频捕获

使用如下语句读取存储的视频： 

cap = cv.VideoCapture('G:/1.mp4')

import cv2 as cv

# 检测方法定义
def face_detect_method(img):
    grey_img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGRA2GRAY)
    face_detector = cv.CascadeClassifier("G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_default.xml")
    face = face_detector.detectMultiScale(grey_img,1.02,4)
    for x,y,w,h in face:
        cv.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),(255,0,0),2)
    cv.imshow("result",img)

#读取摄像头
#cap = cv.VideoCapture(0)
#读取视频
cap = cv.VideoCapture('G:/1.mp4')

# 循环判断
while True:
    flag,frame = cap.read()
    if not flag:
        break
    face_detect_method(frame)
    if ord('c')==cv.waitKey(1):
        break

cv.destroyAllWindows()
cap.release()

     试了一段去青岛旅游的时候拍的视频，效果还是可以的，大部分的人脸都能识别出来。

八、人脸信息录入

8.1 所需函数

cap.isOpened()

判断视频对象是否成功读取，成功读取视频对象返回True。

8.2 0xFF的意义

cv2.waitKey(1000) & 0xFF == ord(‘q’) 是什么意思

  • cv2.waitKey(1000)：在1000ms内根据键盘输入返回一个值
  • 0xFF ：一个十六进制数
  • ord('q') ：返回q的ascii码
    0xFF是一个十六进制数，转换为二进制是11111111。waitKey返回值的范围为（0-255），刚好也是8个二进制位。那么我们将 cv2.waitKey(1) & 0xFF计算一下（不知怎么计算的可以百度位与运算）发现结果仍然是waitKey的返回值，那为何要多次一举呢？直接 cv2.waitKey(1) == ord('q')不就好了吗。

    实际上在linux上使用waitkey有时会出现waitkey返回值超过了（0-255）的范围的现象。通过cv2.waitKey(1) & 0xFF运算，当waitkey返回值正常时 cv2.waitKey(1) = cv2.waitKey(1000) & 0xFF,当返回值不正常时，cv2.waitKey(1000) & 0xFF的范围仍不超过（0-255），就避免了一些奇奇怪怪的BUG。

8.3 代码实现

  1. 我们使用电脑自带的摄像头进行人脸的信息捕获，使用num对保存图片进行计数。
  2. 使用cap.isOpened()方法来判断摄像头是否开启。
  3. 使用frame保存视频中捕获到的帧图像，k获取键盘按键，s代表保存图像，空格代表退出程序。
  4. 当按下s键时，使用cv2.imwrite方法对图片进行保存，图片的保存路径和命名方法按自己的习惯来；我的保存路径是H盘的face_detect_save文件夹，命名格式为People(num).face.jpg。
  5. 计数器+1，表示保存图片张数+1，继续保存下一张。
  6. 按下空格键，退出循环，释放摄像头资源和内存空间。
import cv2 as cv
#创建摄像头对象
cap = cv.VideoCapture(0)
#记录保存图片的数目
num = 1

# 当摄像头开启时
while(cap.isOpened()):
    ret,frame = cap.read()
    cv.imshow("show",frame)
    # 获取按键
    k = cv.waitKey(1)&0xFF
    #按下s保存图像
    if k ==ord('s'):
        cv.imwrite("H:/face_detect_save/"+"People"+str(num)+".face"+".jpg",frame)
        print("sucessfully saved"+str(num)+".jpg")
        print("---------------")
        #计数加一
        num+=1
    #按下空格退出
    elif k==ord(' '):
        break

cap.release()
cv.destroyAllWindows()

8.4 效果展示

    程序开始运行时，摄像头会自动打开，按下s键后可以保存图片到对应的路径中。

我保存了两张图片，可以看到对应的文件夹中已经进行了显示。

九、 使用数据训练识别器

用图片训练一个LBPH的识别器，这里使用15张

9.1 项目目录结构

  • 提前创建好data和trainer两个文件夹

  • trainer为空文件夹
  • data文件夹下继续创建jm文件夹，在jm其中放置训练的图片，图片命名方式为：序号.姓名 ，这里我用17张王鹤棣人脸图片进行训练图片。

9.2 主要步骤介绍

9.2.1 采集图片文件夹中的所有文件

os.listdir可以获取path中的所有图像文件名，然后使用os.path.join方法把文件夹路径和图片名进行拼接，存储在imagePaths列表中，此时列表中存储的就是图片的完整路径，方便下一步open该图片。

9.3 运行时出现的问题

  • 识别不到cv2模块中的face属性

解决方法：使用pip install命令安装opencv-库

对于“module ‘cv2.cv2‘ has no attribute ‘face‘与module ‘cv2‘ has no attribute ‘gapi_wip_gst_GStr 的解决方法。_羁旅少年的博客-CSDN博客

  • 问题：File can't be opened for writing! in function 'cv::face::FaceRecognizer::write'

解决：需要提前手动在项目目录下创建好trainer文件夹

9.3 代码

import os
import cv2 as cv
from PIL import Image
import numpy as np

def getImageAndLabels(path):
    #存储人脸数据
    faceSamples = []
    #存储姓名数据
    ids=[]
    #储存图片信息
    imagePaths = [os.path.join(path,f) for f in os.listdir(path)]
    #人脸检测分类器
    face_detecter = cv.CascadeClassifier('G:/conda/envs/testOpencv/Lib/site-packages/cv2/data/haarcascade_frontalface_default.xml')
    #遍历列表中的图片
    for imagePath in imagePaths:
        #打开图片，灰度化
        PIL_img = Image.open(imagePath).convert('L')
        #把图像转换为数组，
        img_numpy = np.array(PIL_img,'uint8')
        #获取图片人脸特征
        faces = face_detecter.detectMultiScale(img_numpy)
        #获取每张图片的id和姓名
        id = int(os.path.split(imagePath)[1].split('.')[0])
        #预防无面容照片
        for x,y,w,h in faces:
            ids.append(id)
            faceSamples.append(img_numpy[y:y+h,x:x+w])

            #打印脸部特征和id
        print('id:',id)
        print('fs:',faceSamples)
        return faceSamples,ids

if __name__ == '__main__':
    #图片路径
    path = './data/jm/'
    #获取图像数组和id标签数组
    faces,ids = getImageAndLabels(path)
    #加载识别器
    recognizer = cv.face.LBPHFaceRecognizer_create()
    #训练
    recognizer.train(faces,np.array(ids))
    #保存文件
    recognizer.write('trainer/trainer.yml')

9.4 运行结果

trainer文件夹中产生了对应的trainer.yml文件。

十、人脸识别

十一、网络视频

标签： opencv python 计算机视觉
本文转载自: https://blog.csdn.net/weixin_45662399/article/details/128993682
版权归原作者 好喜欢吃红柚子 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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