利用PYTHON编写人脸表情识别系统

最近闲来无事，和一个学妹完成了一个SRT，主要是关于元宇宙什么的，不过我在其中主要的工作是用python写一个人脸识别系统，发到这里和大家分享一下

注：我利用了几个包，包括opencv，dlib，numpy等，所有包都会显示在代码开头import后

第一步，利用PyCharm先做灰度图

想要识别表情，计算机就需要转换人脸图片转化为灰度的图，计算机不如人脑聪明，要把这张图变成到电脑看得懂的形式。

import cv2 as cv
img=cv.imread('img.png')

#灰度
gray_img=cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGR2GRAY)
cv.imshow('gray',gray_img)
cv.imwrite('gray_face1.jpg',gray_img)
#修改尺寸

cv.imshow('read_img',img)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

第二步，改变灰度图大小

每张图片大小都是不固定的，一运行忽然很大总会吓你一跳，也不便于观察，这一步，我们先把灰度图的尺寸改变一下

import cv2 as cv
img=cv.imread('img.png')
resize_img=cv.resize(img,dsize=(200,200))
cv.imshow('img',img)
cv.imshow('resize_img',resize_img)
print('修改前：',img.shape)
print('修改后：',resize_img.shape)
while True:
    if ord('q')==cv.waitKey(0):
        break

cv.destroyAllWindows()

第三步，锁定人脸

基础部分都学完了，该做正事了，这一步我们要锁定人脸，好让后续的工作继续进行

import cv2 as cv
img=cv.imread('3575ce750fbfb4906ac6d74909de2d6.jpg')
def face_detect_demo():
    gary = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    face_detect=cv.CascadeClassifier('C:/Users/SGB/Downloads/opencv/sources/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt2.xml')//调用了一个数据包
    face=face_detect.detectMultiScale(gary)
    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)




face_detect_demo()

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

cv.destroyAllWindows()

运行结果

第四步，锁定人脸上关键的点

为了识别表情，我们需要把脸上关键的点都给打印出来，比方说眉毛，眼睛，嘴巴等，我用的是前人训练出来的68点制。

import cv2
import numpy as np
import dlib

img_path = "3575ce750fbfb4906ac6d74909de2d6.jpg"

# 加载dlib 人脸检测器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
# 加载dlib 人脸关键点
predictor = dlib.shape_predictor('shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
# 读入人脸图片
img = cv2.imread(img_path)
cv2.imshow('img', img)
cv2.waitKey(0)

# 转化为灰度图
img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
cv2.imshow('img_gray', img_gray)
cv2.waitKey(0)

# 检测人脸
dets = detector(img_gray, 1)
# 遍历每张人脸
for face in dets:
    # 获取人脸关键点（对遍历到的这张脸进行关键点检测）
    shape = predictor(img_gray, face)
    # 获取每个点的坐标，并标记在图片上
    for pt in shape.parts():
        # 转换坐标
        pt_pos = (pt.x, pt.y)
        # 画点
        img_face = cv2.circle(img, pt_pos, 1, (0,255,0), 2)

    cv2.imshow('face', img_face)
    cv2.waitKey(0)

运行结果

 第五步，打开摄像头，对人脸进行关键点打印

打开摄像头，对人脸进行打印关键点的操作。

import cv2
import numpy as np
import dlib

# 加载dlib 人脸检测器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
# 加载dlib 人脸关键点
predictor = dlib.shape_predictor('./shape_predictor_68_face_landmarks.dat')

# 打开摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)

while(1):
    flag, frame = cap.read()#获取视频内容
    frame_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)#加载灰度图像
    b, g, r = cv2.split(frame)
    frame_RGB = cv2.merge((r, g ,b))
    rets = detector(frame_gray, 0)#定位
    for face in rets:
        pots = predictor(frame_gray, face)#点
        for i in pots.parts():
            pos_pot = (i.x, i.y)
            frame_face = cv2.circle(frame, pos_pot, 1, (0,255,0), 2)
            cv2.imshow('face', frame_face)

    k = cv2.waitKey(1)
    if k & 0xff == ord('q'):#关闭摄像头用Q
        break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

第五步，打开摄像头进行表情分析

利用之前的关键点，对其进行算法分析，比方说眉毛下压是生气，眼睛眯起来是开心等。

"""
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

img_path = "img.png"
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("shape_predictor_68_face_landmarks.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)
#im_rd的意思是img
            # 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()

到这步的时候，其实已经花了接近一周的时间，项目也接近结束，不过在这个基础之上，我想，是否可以照葫芦画瓢，再做出一个图片表情识别，做了一下午，居然真的被我弄出来了，算是瞎猫碰到死耗子。

"""
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 imutils
import numpy as np  # 数据处理的库numpy
import cv2  # 图像处理的库OpenCv

img_path = "img_4.png"
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("shape_predictor_68_face_landmarks.dat")
        self.image = cv2.imread("img.png")
        self.image = imutils.resize(self.image, width=500)
        gray = cv2.cvtColor(self.image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

        self.cap = cv2.imread("img.png")
        # 截图screenshoot的计数器


    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 (1):

            # 返回两个值：
            #    图像对象，图像的三维矩阵
            im_rd = cv2.imread(img_path)

            # 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)

       
        # 删除建立的窗口
        cv2.destroyAllWindows()


if __name__ == "__main__":
    my_face = face_emotion()
    my_face.learning_face()

运行结果，有不足的地方还请指正，谢谢大家！！