Python+Dlib+Opencv实现人脸采集并表情判别功能的代码

一、dlib以及opencv-python库安装

介于我使用的是jupyter notebook，所以在安装dlib和opencv-python时是在

这个命令行安装的

dlib安装方法：

1.若可以，直接使用上图所示命令行输入以下命令：

pip install cmake

pip install boost

pip install dlib

若安装了visual studio2019应该就可以直接pip install dlib，至少我是这样

由于很多在执行第三句时都会报错，所以这里提供第二种办法

2.去dlib官网：http://dlib.net/ 或者 https://github.com/davisking/dlib 下载压缩包

下载完成后，解压缩

在安装dlib前需要安装Boost和Cmake，dlib19之后你需要安装vs2015以上的IDE，本人是安装的vs2019，（建议先安装好VS之后再安装Cmake和 boost）

Cmake安装

官网下载安装包：https://cmake.org/download/

我下的是

直接安装之后，配置环境变量

Boost下载

安装boost：下载地址：http://www.boost.org/

如果vs安装的是2015以上的版本，可以直接进行下一步，最好安装最新版本，不然会找不到b2命令

下载之后将其解压缩，进入boost_1_73_0文件夹中，找到bootstrap.bat批处理文件，双击运行，等待运行完成后（命令行自动消失）会生成两个文件b2.exe和bjam.exe

然后将这两个文件复制到boost_1_73_0根文件夹下：
同样开启一个命令行，定位到这个文件夹，运行命令：

b2 install

这个安装需要一段时间，耐心等候。

利用b2编译库文件：

b2 -a –with-python address-model=64 toolset=msvc runtime-link=static

之前你cmake下载的64位这里（address-model）写64，如果是32位的就把之前的64改成32

安装完成后配置boost环境变量

安装dlib

进入你的dlib解压路径，输入python setup.py install

成功之后会在文件夹中看见dlib和dlib.egg-info ，将这两个文件夹复制到你的python安装的目录下的Lib文件中：

—>例如我的python环境为python2.7，

—>所以将其放在python2-7文件夹的Python2-7\Lib\site-packages中

—>这时，就已经完成了dlib的配置

opencv-python安装方法

在Anaconda Prompt下输入以下命令

pip install opencv-python

但如果一直失败，建议在Anaconda Prompt下输入以下命令

pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple opencv-python

二、dlib的68点模型

dlib的68点模型，使用网络上大神训练好的特征预测器，用来进行python代码人脸识别的特征预测。

三、Python实现人脸识别&表情判别

"""
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()

四、参考文章

https://www.jb51.net/article/189876.htm

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