Python+Dlib+Opencv实现人脸采集功能的方法

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从视屏中识别人脸，并实时标出面部特征点
"""
import sys
import dlib # 人脸识别的库dlib
import numpy as np # 数据处理的库numpy
import cv2 # 图像处理的库OpenCv
 
class face_emotion():
  def __init__(self):
    # 使用特征提取器get_frontal_face_detector
    self.detector = dlib.get_frontal_face_detector()
    # dlib的68点模型，使用作者训练好的特征预测器
    self.predictor = dlib.shape_predictor("F:/face.dat")
 
    # 建cv2摄像头对象，这里使用电脑自带摄像头，如果接了外部摄像头，则自动切换到外部摄像头
    self.cap = cv2.VideoCapture(0)
    # 设置视频参数，propId设置的视频参数，value设置的参数值
    self.cap.set(3, 480)
    # 截图screenshoot的计数器
    self.cnt = 0
 
  def learning_face(self):
 
    # 眉毛直线拟合数据缓冲
    line_brow_x = []
    line_brow_y = []
 
    # cap.isOpened（） 返回true/false 检查初始化是否成功
    while (self.cap.isOpened()):
 
      # cap.read()
      # 返回两个值：
      #  一个布尔值true/false，用来判断读取视频是否成功/是否到视频末尾
      #  图像对象，图像的三维矩阵
      flag, im_rd = self.cap.read()
 
      # 每帧数据延时1ms，延时为0读取的是静态帧
      k = cv2.waitKey(1)
 
      # 取灰度
      img_gray = cv2.cvtColor(im_rd, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
 
      # 使用人脸检测器检测每一帧图像中的人脸。并返回人脸数rects
      faces = self.detector(img_gray, 0)
 
      # 待会要显示在屏幕上的字体
      font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
 
      # 如果检测到人脸
      if (len(faces) != 0):
 
        # 对每个人脸都标出68个特征点
        for i in range(len(faces)):
          # enumerate方法同时返回数据对象的索引和数据，k为索引，d为faces中的对象
          for k, d in enumerate(faces):
            # 用红色矩形框出人脸
            cv2.rectangle(im_rd, (d.left(), d.top()), (d.right(), d.bottom()), (0, 0, 255))
            # 计算人脸热别框边长
            self.face_width = d.right() - d.left()
 
            # 使用预测器得到68点数据的坐标
            shape = self.predictor(im_rd, d)
            # 圆圈显示每个特征点
            for i in range(68):
              cv2.circle(im_rd, (shape.part(i).x, shape.part(i).y), 2, (0, 255, 0), -1, 8)
              # cv2.putText(im_rd, str(i), (shape.part(i).x, shape.part(i).y), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5,
              #      (255, 255, 255))
 
            # 分析任意n点的位置关系来作为表情识别的依据
            mouth_width = (shape.part(54).x - shape.part(48).x) / self.face_width # 嘴巴咧开程度
            mouth_higth = (shape.part(66).y - shape.part(62).y) / self.face_width # 嘴巴张开程度
            # print("嘴巴宽度与识别框宽度之比：",mouth_width_arv)
            # print("嘴巴高度与识别框高度之比：",mouth_higth_arv)
 
            # 通过两个眉毛上的10个特征点，分析挑眉程度和皱眉程度
            brow_sum = 0 # 高度之和
            frown_sum = 0 # 两边眉毛距离之和
            for j in range(17, 21):
              brow_sum += (shape.part(j).y - d.top()) + (shape.part(j + 5).y - d.top())
              frown_sum += shape.part(j + 5).x - shape.part(j).x
              line_brow_x.append(shape.part(j).x)
              line_brow_y.append(shape.part(j).y)
 
            # self.brow_k, self.brow_d = self.fit_slr(line_brow_x, line_brow_y) # 计算眉毛的倾斜程度
            tempx = np.array(line_brow_x)
            tempy = np.array(line_brow_y)
            z1 = np.polyfit(tempx, tempy, 1) # 拟合成一次直线
            self.brow_k = -round(z1[0], 3) # 拟合出曲线的斜率和实际眉毛的倾斜方向是相反的
 
            brow_hight = (brow_sum / 10) / self.face_width # 眉毛高度占比
            brow_width = (frown_sum / 5) / self.face_width # 眉毛距离占比
            # print("眉毛高度与识别框高度之比：",round(brow_arv/self.face_width,3))
            # print("眉毛间距与识别框高度之比：",round(frown_arv/self.face_width,3))
 
            # 眼睛睁开程度
            eye_sum = (shape.part(41).y - shape.part(37).y + shape.part(40).y - shape.part(38).y +
                  shape.part(47).y - shape.part(43).y + shape.part(46).y - shape.part(44).y)
            eye_hight = (eye_sum / 4) / self.face_width
            # print("眼睛睁开距离与识别框高度之比：",round(eye_open/self.face_width,3))
 
            # 分情况讨论
            # 张嘴，可能是开心或者惊讶
            if round(mouth_higth >= 0.03):
              if eye_hight >= 0.056:
                cv2.putText(im_rd, "amazing", (d.left(), d.bottom() + 20), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
                      0.8,
                      (0, 0, 255), 2, 4)
              else:
                cv2.putText(im_rd, "happy", (d.left(), d.bottom() + 20), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.8,
                      (0, 0, 255), 2, 4)
 
            # 没有张嘴，可能是正常和生气
            else:
              if self.brow_k <= -0.3:
                cv2.putText(im_rd, "angry", (d.left(), d.bottom() + 20), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.8,
                      (0, 0, 255), 2, 4)
              else:
                cv2.putText(im_rd, "nature", (d.left(), d.bottom() + 20), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.8,
                      (0, 0, 255), 2, 4)
 
        # 标出人脸数
        cv2.putText(im_rd, "Faces: " + str(len(faces)), (20, 50), font, 1, (0, 0, 255), 1, cv2.LINE_AA)
      else:
        # 没有检测到人脸
        cv2.putText(im_rd, "No Face", (20, 50), font, 1, (0, 0, 255), 1, cv2.LINE_AA)
 
      # 添加说明
      im_rd = cv2.putText(im_rd, "S: screenshot", (20, 400), font, 0.8, (0, 0, 255), 1, cv2.LINE_AA)
      im_rd = cv2.putText(im_rd, "Q: quit", (20, 450), font, 0.8, (0, 0, 255), 1, cv2.LINE_AA)
 
      # 按下s键截图保存
      if (k == ord('s')):
        self.cnt += 1
        cv2.imwrite("screenshoot" + str(self.cnt) + ".jpg", im_rd)
 
      # 按下q键退出
      if (k == ord('q')):
        break
 
      # 窗口显示
      cv2.imshow("camera", im_rd)
 
    # 释放摄像头
    self.cap.release()
 
    # 删除建立的窗口
    cv2.destroyAllWindows()
 
if __name__ == "__main__":
  my_face = face_emotion()
  my_face.learning_face()