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face_recognition人脸识别框架

该文章创建(更新)于03/28/2020,请注意文章的时效性!

缘由

有一段时间没有碰过电脑了,拿到的第一瞬间居然是想回顾一下机器学习相关的知识。可能和老家想安摄像头,第一时间就是想到了用树梅派自己搭建一个平台来管理摄像头有关吧!最近又碰巧知道了这个跨架,我就不写什么教程了,发现这个Github里面的文档已经足够完善了!

建议

  • 最好使用Linux系统,WIN系列有太多bug以及一堆没用的东西占用系统系统资源。MAC呢!都清楚最近一年的各种各种产品都有各种bug,同时后两者环境配置相比Linux复杂太多了。我自己在WIN10上配置了两天多配置好了,结果运行没有结果,自己在Linux上g几个小时就搭建好环境,运行出正确结果;
  • 在WIN中感觉最麻烦的配置是CMAKE,其他都好说!
  • 注意如果使用的是Linux系统,把国外镜像(主要是apt和pip)给替换成国内的;

Face Recognition 人脸识别

本项目face_recognition是一个强大、简单、易上手的人脸识别开源项目,并且配备了完整的开发文档和应用案例,特别是兼容树莓派系统。

本项目是世界上最简洁的人脸识别库,你可以使用Python和命令行工具提取、识别、操作人脸。

本项目的人脸识别是基于业内领先的C++开源库 dlib中的深度学习模型,用Labeled Faces in the Wild人脸数据集进行测试,有高达99.38%的准确率。但对小孩和亚洲人脸的识别准确率尚待提升。

Labeled Faces in the Wild是美国麻省大学安姆斯特分校(University of Massachusetts Amherst)制作的人脸数据集,该数据集包含了从网络收集的13,000多张面部图像。

本项目提供了简易的face_recognition命令行工具,你可以用它处理整个文件夹里的图片。

face_recognition
face_recognition-1
badge

特性

从图片里找到人脸

定位图片中的所有人脸:

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import face_recognition
image = face_recognition.load_image_file("your_file.jpg")
face_locations = face_recognition.face_locations(image)

识别人脸关键点

识别人脸关键点,包括眼睛、鼻子、嘴和下巴。

7f2d79dc-025d-11e7-8728-d8924596f8fa

import face_recognition
image = face_recognition.load_image_file("your_file.jpg")
face_landmarks_list = face_recognition.face_landmarks(image)

识别人脸关键点在很多领域都有用处,但同样你也可以把这个功能玩坏,比如本项目的 digital make-up自动化妆案例(就像美图秀秀一样)。

80638760-025d-11e7-80a2-1d2779f7ccab

识别图片中的人是谁

45e049b6-025d-11e7-89cc-8a71cf89e713

import face_recognition
known_image = face_recognition.load_image_file("biden.jpg")
unknown_image = face_recognition.load_image_file("unknown.jpg")

biden_encoding = face_recognition.face_encodings(known_image)[0]
unknown_encoding = face_recognition.face_encodings(unknown_image)[0]

results = face_recognition.compare_faces([biden_encoding], unknown_encoding)

你也可以配合其它的Python库(比如opencv)实现实时人脸检测:

36f0e3f0-13cb-11e7-8258-4d0c9ce1e419

看这个案例 实时人脸检测

安装

环境配置

  • Python 3.3+ or Python 2.7
  • macOS or Linux
  • Windows并不是我们官方支持的,但也许也能用

不同操作系统的安装方法

在 Mac 或者 Linux上安装本项目

First, make sure you have dlib already installed with Python bindings:

第一步,安装dlib和相关Python依赖:

Then, install this module from pypi using pip3 (or pip2 for Python 2):

pip3 install face_recognition

如果你遇到了幺蛾子,可以用Ubuntu虚拟机安装本项目,看下面这个教程。
如何使用Adam Geitgey大神提供的Ubuntu虚拟机镜像文件安装配置虚拟机,本项目已经包含在镜像中.

在 Mac 或者 Linux上安装本项目 2

修改你的pip镜像源为清华镜像,然后使用pip install face_recognition,可以自动帮你安装各种依赖,包括dlib。只是在安装dlib的时候可能会出问题,因为dlib需要编译,出现的问题一般是gcc或者g++版本的问题,所以在pip install face_recognition之前,可以通过在命令行键入

export CC=/usr/local/bin/gcc
export CXX=/usr/local/bin/g++  

来指定你gcc和g++对应的位置,(这两句话会临时修改当前终端的环境变量/usr/local/bin/gcc对应你自己gcc或者g++所在目录)。

在树莓派上安装

在Windows上安装

虽然本项目官方并不支持Windows,但一些大神们摸索出了在Windows上运行本项目的方法:

使用Ubuntu虚拟机镜像文件安装配置虚拟机,本项目已经包含在这个镜像中

使用方法

命令行界面

当你安装好了本项目,你可以使用两种命令行工具:

  • face_recognition - 在单张图片或一个图片文件夹中认出是谁的脸。
  • face_detection - 在单张图片或一个图片文件夹中定位人脸位置。

face_recognition 命令行工具

face_recognition命令行工具可以在单张图片或一个图片文件夹中认出是谁的脸。

首先,你得有一个你已经知道名字的人脸图片文件夹,一个人一张图,图片的文件名即为对应的人的名字:

8324810e-00df-11e7-82cf-41515eba704d

然后,你需要第二个图片文件夹,文件夹里面是你希望识别的图片:

81f422f8-00df-11e7-8b0d-75364f641f58

然后,你在命令行中切换到这两个文件夹所在路径,然后使用face_recognition命令行,传入这两个图片文件夹,然后就会输出未知图片中人的名字:

$ face_recognition ./pictures_of_people_i_know/ ./unknown_pictures/

/unknown_pictures/unknown.jpg,Barack Obama
/face_recognition_test/unknown_pictures/unknown.jpg,unknown_person

输出结果的每一行对应着图片中的一张脸,图片名字和对应人脸识别结果用逗号分开。

如果结果输出了unknown_person,那么代表这张脸没有对应上已知人脸图片文件夹中的任何一个人。

face_detection 命令行工具

face_detection命令行工具可以在单张图片或一个图片文件夹中定位人脸位置(输出像素点坐标)。

在命令行中使用face_detection,传入一个图片文件夹或单张图片文件来进行人脸位置检测:

$ face_detection  ./folder_with_pictures/

examples/image1.jpg,65,215,169,112
examples/image2.jpg,62,394,211,244
examples/image2.jpg,95,941,244,792

输出结果的每一行都对应图片中的一张脸,输出坐标代表着这张脸的上、右、下、左像素点坐标。

调整人脸识别的容错率和敏感度

如果一张脸识别出不止一个结果,那么这意味着他和其他人长的太像了(本项目对于小孩和亚洲人的人脸识别准确率有待提升)。你可以把容错率调低一些,使识别结果更加严格。

通过传入参数 --tolerance 来实现这个功能,默认的容错率是0.6,容错率越低,识别越严格准确。

$ face_recognition --tolerance 0.54 ./pictures_of_people_i_know/ ./unknown_pictures/

/unknown_pictures/unknown.jpg,Barack Obama
/face_recognition_test/unknown_pictures/unknown.jpg,unknown_person

如果你想看人脸匹配的具体数值,可以传入参数 --show-distance true

$ face_recognition --show-distance true ./pictures_of_people_i_know/ ./unknown_pictures/

/unknown_pictures/unknown.jpg,Barack Obama,0.378542298956785
/face_recognition_test/unknown_pictures/unknown.jpg,unknown_person,None
更多的例子

如果你并不在乎图片的文件名,只想知道文件夹中的图片里有谁,可以用这个管道命令:

$ face_recognition ./pictures_of_people_i_know/ ./unknown_pictures/ | cut -d ',' -f2

Barack Obama
unknown_person
加速人脸识别运算

如果你的CPU是多核的,你可以通过并行运算加速人脸识别。例如,如果你的CPU有四个核心,那么你可以通过并行运算提升大概四倍的运算速度。

如果你使用Python3.4或更新的版本,可以传入 --cpus <number_of_cpu_cores_to_use> 参数:

$ face_recognition --cpus 4 ./pictures_of_people_i_know/ ./unknown_pictures/

你可以传入 --cpus -1参数来调用cpu的所有核心。

子豪兄批注:树莓派3B有4个CPU核心,传入多核参数可以显著提升图片识别的速度(亲测)。

Python 模块:face_recognition

在Python中,你可以导入face_recognition模块,调用我们提供的丰富的API接口,用几行代码就可以轻松玩转各种人脸识别功能!

API 接口文档: https://face-recognition.readthedocs.io

在图片中定位人脸的位置
import face_recognition

image = face_recognition.load_image_file("my_picture.jpg")
face_locations = face_recognition.face_locations(image)

# face_locations is now an array listing the co-ordinates of each face!

案例:定位拜登的脸

13714448-b4ce08c6ba699c5e

你也可以使用深度学习模型达到更加精准的人脸定位。

注意:这种方法需要GPU加速(通过英伟达显卡的CUDA库驱动),你在编译安装dlib的时候也需要开启CUDA支持。

import face_recognition

image = face_recognition.load_image_file("my_picture.jpg")
face_locations = face_recognition.face_locations(image, model="cnn")

# face_locations is now an array listing the co-ordinates of each face!

案例:使用卷积神经网络深度学习模型定位拜登的脸

如果你有很多图片需要识别,同时又有GPU,那么你可以参考这个例子:案例:使用卷积神经网络深度学习模型批量识别图片中的人脸.

识别单张图片中人脸的关键点
import face_recognition

image = face_recognition.load_image_file("my_picture.jpg")
face_landmarks_list = face_recognition.face_landmarks(image)

# face_landmarks_list is now an array with the locations of each facial feature in each face.
# face_landmarks_list[0]['left_eye'] would be the location and outline of the first person's left eye.

看这个案例 案例:提取奥巴马和拜登的面部关键点

13714448-734e8b4f5592ed4a

识别图片中的人是谁
import face_recognition

picture_of_me = face_recognition.load_image_file("me.jpg")
my_face_encoding = face_recognition.face_encodings(picture_of_me)[0]

# my_face_encoding now contains a universal 'encoding' of my facial features that can be compared to any other picture of a face!

unknown_picture = face_recognition.load_image_file("unknown.jpg")
unknown_face_encoding = face_recognition.face_encodings(unknown_picture)[0]

# Now we can see the two face encodings are of the same person with compare_faces!

results = face_recognition.compare_faces([my_face_encoding], unknown_face_encoding)

if results[0] == True:
    print("It's a picture of me!")
else:
    print("It's not a picture of me!")

看这个案例 案例:是奥巴马还是拜登?

Python 案例

所有案例都在这个链接中 也就是examples文件夹.

人脸定位

人脸关键点识别

人脸识别

关于 face_recognition的文章和教程

人脸识别的原理

如果你想更深入了解人脸识别这个黑箱的原理 读这篇文章

子豪兄批注:一定要看这篇文章,讲的既有趣又有料。

警告说明

  • 本项目的人脸识别模型是基于成年人的,在孩子身上效果可能一般。如果图片中有孩子的话,建议把临界值设为0.6.
  • 不同人种的识别结果可能不同, 看wiki百科页面 查看更多细节。

把本项目部署在云服务器上 (Heroku, AWS等)

本项目是基于C++库dlib的,所以把本项目部署在Heroku或者AWS的云端服务器上是很明智的。

为了简化这个过程,有一个Dockerfile案例,教你怎么把face_recognition开发的app封装成Docker 容器文件,你可以把它部署在所以支持Docker镜像文件的云服务上。

说明

文章转载编辑于https://github.com/ageitgey/face_recognition


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