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opencv 人脸识别 （一）训练样本的处理

2016-04-05 13:42  GarfieldEr007  阅读(854)  评论(0)  编辑  收藏  举报

本文实现基于eigenface的人脸检测与识别。给定一个图像数据库，进行以下步骤：

 

  • 进行人脸检测，将检测出的人脸存入数据库2
  • 对数据库2进行人脸建模
  • 在测试集上进行recognition
 
本篇实现第一步：
  • 进行人脸检测，将检测出的人脸存入数据库2

 

 

环境：vs2010+opencv 2.4.6.0

特征：eigenface

Input：一个人脸数据库，15个人，每人20个样本（左右）。

Output：人脸检测，并识别出每张检测到的人脸。

===============================

 

本文完成第一步，数据预处理：自动检测所有文件夹中每个sample中的人脸，作为训练数据。

Input：一个color文件夹，每个文件夹中有1~N这N个子文件夹，每个子文件夹内有n张包括第n类人的照片，如图。

 

 

最终结果：

核心：face detection（detectAndDraw）

辅助：截图并保存部分图片(CutImg)，文件夹内图片遍历(read_img)，图片转换成相同大小（normalizeone）

括号内分别是函数名，下面分别给出代码及说明。

 

1. 遍历文件夹：CBrowseDir类和CStatDir类（具体见这篇），三个文件如下：

1.1 BrowseDir.h

 

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  1. #pragma once  
  2. #include "direct.h"  
  3. #include "string.h"  
  4. #include "io.h"  
  5. #include "stdio.h"   
  6. #include <vector>  
  7. #include <iostream>  
  8. using namespace std;  
  9. class CBrowseDir  
  10. {  
  11. protected:  
  12.     char m_szInitDir[_MAX_PATH];  
  13.   
  14. public:  
  15.     CBrowseDir();  
  16.     bool SetInitDir(const char *dir);  
  17.     bool BeginBrowse(const char *filespec);  
  18.     vector<char*> BeginBrowseFilenames(const char *filespec);  
  19.   
  20. protected:  
  21.     bool BrowseDir(const char *dir,const char *filespec);  
  22.     vector<char*> GetDirFilenames(const char *dir,const char *filespec);  
  23.     virtual bool ProcessFile(const char *filename);  
  24.     virtual void ProcessDir(const char *currentdir,const char *parentdir);  
  25. };  



 

1.2 BrowseDir.cpp

 

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  1. #include "BrowseDir.h"  
  2. #include "direct.h"  
  3. #include "string.h"  
  4. #include "io.h"  
  5. #include "stdio.h"   
  6. #include <vector>  
  7. #include <iostream>  
  8. using namespace std;  
  9.   
  10. CBrowseDir::CBrowseDir()  
  11. {  
  12.     getcwd(m_szInitDir,_MAX_PATH);  
  13.     int len=strlen(m_szInitDir);  
  14.     if (m_szInitDir[len-1] != '\\')  
  15.         strcat(m_szInitDir,"\\");  
  16. }  
  17.   
  18. bool CBrowseDir::SetInitDir(const char *dir)  
  19. {  
  20.     if (_fullpath(m_szInitDir,dir,_MAX_PATH) == NULL)  
  21.         return false;  
  22.   
  23.     if (_chdir(m_szInitDir) != 0)  
  24.         return false;  
  25.     int len=strlen(m_szInitDir);  
  26.     if (m_szInitDir[len-1] != '\\')  
  27.         strcat(m_szInitDir,"\\");  
  28.   
  29.     return true;  
  30. }  
  31.   
  32. vector<char*>CBrowseDir:: BeginBrowseFilenames(const char *filespec)  
  33. {  
  34.     ProcessDir(m_szInitDir,NULL);  
  35.     return GetDirFilenames(m_szInitDir,filespec);  
  36. }  
  37.   
  38. bool CBrowseDir::BeginBrowse(const char *filespec)  
  39. {  
  40.     ProcessDir(m_szInitDir,NULL);  
  41.     return BrowseDir(m_szInitDir,filespec);  
  42. }  
  43.   
  44. bool CBrowseDir::BrowseDir(const char *dir,const char *filespec)  
  45. {  
  46.     _chdir(dir);  
  47.     long hFile;  
  48.     _finddata_t fileinfo;  
  49.     if ((hFile=_findfirst(filespec,&fileinfo)) != -1)  
  50.     {  
  51.         do  
  52.         {  
  53.             if (!(fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))  
  54.             {  
  55.                 char filename[_MAX_PATH];  
  56.                 strcpy(filename,dir);  
  57.                 strcat(filename,fileinfo.name);  
  58.                 cout << filename << endl;  
  59.                 if (!ProcessFile(filename))  
  60.                     return false;  
  61.             }  
  62.         } while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);  
  63.         _findclose(hFile);  
  64.     }  
  65.     _chdir(dir);  
  66.     if ((hFile=_findfirst("*.*",&fileinfo)) != -1)  
  67.     {  
  68.         do  
  69.         {  
  70.             if ((fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))  
  71.             {  
  72.                 if (strcmp(fileinfo.name,".") != 0 && strcmp  
  73.                     (fileinfo.name,"..") != 0)  
  74.                 {  
  75.                     char subdir[_MAX_PATH];  
  76.                     strcpy(subdir,dir);  
  77.                     strcat(subdir,fileinfo.name);  
  78.                     strcat(subdir,"\\");  
  79.                     ProcessDir(subdir,dir);  
  80.                     if (!BrowseDir(subdir,filespec))  
  81.                         return false;  
  82.                 }  
  83.             }  
  84.         } while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);  
  85.         _findclose(hFile);  
  86.     }  
  87.     return true;  
  88. }  
  89.   
  90. vector<char*> CBrowseDir::GetDirFilenames(const char *dir,const char *filespec)  
  91. {  
  92.     _chdir(dir);  
  93.     vector<char*>filename_vec;  
  94.     filename_vec.clear();  
  95.   
  96.     long hFile;  
  97.     _finddata_t fileinfo;  
  98.     if ((hFile=_findfirst(filespec,&fileinfo)) != -1)  
  99.     {  
  100.         do  
  101.         {  
  102.             if (!(fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))  
  103.             {  
  104.                 char *filename = new char[_MAX_PATH];  
  105.                 strcpy(filename,dir);  
  106.                 //int st = 0;   while (dir[st++]!='\0');  
  107.                 strcat(filename,fileinfo.name); //filename[st]='\0';  
  108.                 filename_vec.push_back(filename);  
  109.             }  
  110.         } while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);  
  111.         _findclose(hFile);  
  112.     }  
  113.     _chdir(dir);  
  114.     if ((hFile=_findfirst("*.*",&fileinfo)) != -1)  
  115.     {  
  116.         do  
  117.         {  
  118.             if ((fileinfo.attrib & _A_SUBDIR))  
  119.             {  
  120.                 if (strcmp(fileinfo.name,".") != 0 && strcmp  
  121.                     (fileinfo.name,"..") != 0)  
  122.                 {  
  123.                     char subdir[_MAX_PATH];  
  124.                     strcpy(subdir,dir);  
  125.                     strcat(subdir,fileinfo.name);  
  126.                     strcat(subdir,"\\");  
  127.                     ProcessDir(subdir,dir);  
  128.                     return GetDirFilenames(subdir,filespec);  
  129.                 }  
  130.             }  
  131.         } while (_findnext(hFile,&fileinfo) == 0);  
  132.         _findclose(hFile);  
  133.     }  
  134.     return filename_vec;  
  135. }  
  136.   
  137. bool CBrowseDir::ProcessFile(const char *filename)  
  138. {  
  139.     return true;  
  140. }  
  141.   
  142. void CBrowseDir::ProcessDir(const char   
  143.     *currentdir,const char *parentdir)  
  144. {  
  145. }  



 

1.3 StatDir.h

 

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  1. #pragma once  
  2. #include "browsedir.h"  
  3. class CStatDir:public CBrowseDir  
  4. {  
  5. protected:  
  6.     int m_nFileCount;   //保存文件个数  
  7.     int m_nSubdirCount; //保存子目录个数  
  8.   
  9. public:  
  10.     CStatDir()  
  11.     {  
  12.         m_nFileCount=m_nSubdirCount=0;  
  13.     }  
  14.   
  15.     int GetFileCount()  
  16.     {  
  17.         return m_nFileCount;  
  18.     }  
  19.   
  20.     int GetSubdirCount()  
  21.     {  
  22.         return m_nSubdirCount-1;  
  23.     }  
  24.   
  25. protected:  
  26.     virtual bool ProcessFile(const char *filename)  
  27.     {  
  28.         m_nFileCount++;  
  29.         return CBrowseDir::ProcessFile(filename);  
  30.     }  
  31.   
  32.     virtual void ProcessDir  
  33.         (const char *currentdir,const char *parentdir)  
  34.     {  
  35.         m_nSubdirCount++;  
  36.         CBrowseDir::ProcessDir(currentdir,parentdir);  
  37.     }  
  38. };  

 

 

 


2. 辅助函数Prehelper.h, Prehelper.cpp：负责返回文件夹内所有图片（read_img），检测人脸（detectAndDraw并可以在原图中画出），截图（CutImg），提取(DetectandExtract)

2.1 Prehelper.h

 

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  1. //preprocessing helper  
  2. //@ Author : Rachel-Zhang  
  3.   
  4. #include "opencv2/core/core.hpp"  
  5. #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"  
  6. #include "opencv2/contrib/contrib.hpp"  
  7. #include <cv.h>  
  8. #include <vector>  
  9. #include <utility>  
  10. using namespace cv;  
  11. using namespace std;  
  12.   
  13. void normalizeone(const char* dir,IplImage* standard);  
  14.   
  15. void CutImg(IplImage* src, CvRect rect,IplImage* res);  
  16.   
  17. vector<Rect> detectAndDraw( Mat& img, CascadeClassifier& cascade,  
  18.     CascadeClassifier& nestedCascade,  
  19.     double scale, bool tryflip,bool draw );  
  20.   
  21. IplImage* DetectandExtract(Mat& img, CascadeClassifier& cascade,  
  22.     CascadeClassifier& nestedCascade,  
  23.     double scale, bool tryflip);  
  24.   
  25. int read_img(const string& dir, vector<Mat> &images);  
  26.   
  27. vector<pair<char*,Mat>>  read_img(const string& dir);  



 

 

2.2 Prehelper.cpp

 

[cpp] view plain copy
 
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  1. #include "Prehelper.h"  
  2. #include "BrowseDir.h"  
  3. #include "StatDir.h"  
  4.   
  5. #include <opencv2/core/core.hpp>  
  6. #include <opencv2/highgui/highgui.hpp>  
  7. #include <cv.h>  
  8. using namespace cv;  
  9.   
  10. void normalizeone(const char* dir,IplImage* standard)  
  11. {  
  12.     CStatDir statdir;  
  13.     if (!statdir.SetInitDir(dir))  
  14.     {  
  15.         puts("Dir not exist");  
  16.         return;  
  17.     }  
  18.     vector<char*>file_vec = statdir.BeginBrowseFilenames("*.*");  
  19.     int i;  
  20.     for (i=0;i<file_vec.size();i++)  
  21.     {  
  22.         IplImage* cur_img = cvLoadImage(file_vec[i],CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);  
  23.         //IplImage*cur_gray = cvCreateImage(cvGetSize(cur_img),cur_img->depth,1);  
  24.         cvResize(cur_img,standard,CV_INTER_AREA);  
  25.         //cvCvtColor(standard,cur_gray,CV_RGB2GRAY);  
  26.         //      cvNamedWindow("cur_img",CV_WINDOW_AUTOSIZE);  
  27.         //      cvNamedWindow("standard",CV_WINDOW_AUTOSIZE);  
  28.         //      cvShowImage("cur_img",cur_img);  
  29.         //      cvShowImage("standard",standard);  
  30.         //      cvWaitKey();  
  31.         cvSaveImage(file_vec[i],cur_img);  
  32.     }  
  33. }  
  34.   
  35. void CutImg(IplImage* src, CvRect rect,IplImage* res)  
  36. {  
  37.     CvSize imgsize;  
  38.     imgsize.height = rect.height;  
  39.     imgsize.width = rect.width;  
  40.     cvSetImageROI(src,rect);  
  41.     cvCopy(src,res);  
  42.     cvResetImageROI(res);  
  43. }  
  44.   
  45. int read_img(const string& dir, vector<Mat> &images)  
  46. {  
  47.     CStatDir statdir;  
  48.     if (!statdir.SetInitDir(dir.c_str()))  
  49.     {  
  50.         cout<<"Direct "<<dir<<"  not exist!"<<endl;  
  51.         return 0;  
  52.     }  
  53.     int cls_id = dir[dir.length()-1]-'0';  
  54.     vector<char*>file_vec = statdir.BeginBrowseFilenames("*.*");  
  55.     int i,s = file_vec.size();  
  56.     for (i=0;i<s;i++)  
  57.     {  
  58.         Mat graymat = imread(file_vec[i],0);  
  59.         //graymat.reshape(1,1);//flatten to one row  
  60.         images.push_back(graymat);  
  61.     }  
  62.     return s;  
  63. }  
  64.   
  65. vector<pair<char*,Mat>>  read_img(const string& dir)  
  66. {  
  67.     CStatDir statdir;  
  68.     pair<char*,Mat> pfi;  
  69.     vector<pair<char*,Mat>> Vp;  
  70.     if (!statdir.SetInitDir(dir.c_str()))  
  71.     {  
  72.         cout<<"Direct "<<dir<<"  not exist!"<<endl;  
  73.         return Vp;  
  74.     }  
  75.     int cls_id = dir[dir.length()-1]-'0';  
  76.     vector<char*>file_vec = statdir.BeginBrowseFilenames("*.*");  
  77.     int i,s = file_vec.size();  
  78.     for (i=0;i<s;i++)  
  79.     {  
  80.         pfi.first = file_vec[i];  
  81.         pfi.second = imread(file_vec[i]);  
  82.         Vp.push_back(pfi);  
  83.     }  
  84.     return Vp;  
  85. }  
  86.   
  87. vector<Rect> detectAndDraw( Mat& img, CascadeClassifier& cascade,  
  88.     CascadeClassifier& nestedCascade,  
  89.     double scale, bool tryflip, bool draw )  
  90. {  
  91.     int i = 0;  
  92.     double t = 0;  
  93.     vector<Rect> faces, faces2;  
  94.     const static Scalar colors[] =  { CV_RGB(0,0,255),  
  95.         CV_RGB(0,128,255),  
  96.         CV_RGB(0,255,255),  
  97.         CV_RGB(0,255,0),  
  98.         CV_RGB(255,128,0),  
  99.         CV_RGB(255,255,0),  
  100.         CV_RGB(255,0,0),  
  101.         CV_RGB(255,0,255)} ;  
  102.     Mat gray, smallImg( cvRound (img.rows/scale), cvRound(img.cols/scale), CV_8UC1 );  
  103.   
  104.     cvtColor( img, gray, CV_BGR2GRAY );  
  105.     resize( gray, smallImg, smallImg.size(), 0, 0, INTER_LINEAR );  
  106.     equalizeHist( smallImg, smallImg );  
  107.   
  108.     t = (double)cvGetTickCount();  
  109.     cascade.detectMultiScale( smallImg, faces,  
  110.         1.1, 2, 0  
  111.         |CV_HAAR_FIND_BIGGEST_OBJECT  
  112.         //|CV_HAAR_DO_ROUGH_SEARCH  
  113.         //|CV_HAAR_SCALE_IMAGE  
  114.         ,  
  115.         Size(30, 30) );  
  116.     if( tryflip )  
  117.     {  
  118.         flip(smallImg, smallImg, 1);  
  119.         cascade.detectMultiScale( smallImg, faces2,  
  120.             1.1, 2, 0  
  121.             |CV_HAAR_FIND_BIGGEST_OBJECT  
  122.             //|CV_HAAR_DO_ROUGH_SEARCH  
  123.             //|CV_HAAR_SCALE_IMAGE  
  124.             ,  
  125.             Size(30, 30) );  
  126.         for( vector<Rect>::const_iterator r = faces2.begin(); r != faces2.end(); r++ )  
  127.         {  
  128.             faces.push_back(Rect(smallImg.cols - r->x - r->width, r->y, r->width, r->height));  
  129.         }  
  130.     }  
  131.     t = (double)cvGetTickCount() - t;  
  132.     printf( "detection time = %g ms\n", t/((double)cvGetTickFrequency()*1000.) );  
  133.     if(draw)  
  134.     {  
  135.         for( vector<Rect>::const_iterator r = faces.begin(); r != faces.end(); r++, i++ )  
  136.         {  
  137.             Mat smallImgROI;  
  138.             vector<Rect> nestedObjects;  
  139.             Point center;  
  140.             Scalar color = colors[i%8];  
  141.             int radius;  
  142.   
  143.             double aspect_ratio = (double)r->width/r->height;  
  144.             rectangle( img, cvPoint(cvRound(r->x*scale), cvRound(r->y*scale)),  
  145.                 cvPoint(cvRound((r->x + r->width-1)*scale), cvRound((r->y + r->height-1)*scale)),  
  146.                 color, 3, 8, 0);  
  147.             if( nestedCascade.empty() )  
  148.                 continue;  
  149.             smallImgROI = smallImg(*r);  
  150.             nestedCascade.detectMultiScale( smallImgROI, nestedObjects,  
  151.                 1.1, 2, 0  
  152.                 |CV_HAAR_FIND_BIGGEST_OBJECT  
  153.                 //|CV_HAAR_DO_ROUGH_SEARCH  
  154.                 //|CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING  
  155.                 //|CV_HAAR_SCALE_IMAGE  
  156.                 ,  
  157.                 Size(30, 30) );  
  158.             //draw eyes  
  159.             //         for( vector<Rect>::const_iterator nr = nestedObjects.begin(); nr != nestedObjects.end(); nr++ )  
  160.             //         {  
  161.             //             center.x = cvRound((r->x + nr->x + nr->width*0.5)*scale);  
  162.             //             center.y = cvRound((r->y + nr->y + nr->height*0.5)*scale);  
  163.             //             radius = cvRound((nr->width + nr->height)*0.25*scale);  
  164.             //             circle( img, center, radius, color, 3, 8, 0 );  
  165.             //         }  
  166.         }  
  167.         cv::imshow( "result", img );  
  168.     }  
  169.     return faces;  
  170. }  
  171.   
  172. IplImage* DetectandExtract(Mat& img, CascadeClassifier& cascade,  
  173.     CascadeClassifier& nestedCascade,  
  174.     double scale, bool tryflip)  
  175. {  
  176.     vector<Rect> Rvec = detectAndDraw(img,cascade,nestedCascade,scale,tryflip,0);  
  177.     int i,maxxsize=0,id=-1,area;  
  178.     for (i=0;i<Rvec.size();i++)  
  179.     {  
  180.         area = Rvec[i].width*Rvec[i].height;  
  181.         if(maxxsize<area)  
  182.         {  
  183.             maxxsize = area;  
  184.             id = i;  
  185.         }  
  186.     }  
  187.     IplImage* transimg = cvCloneImage(&(IplImage)img);  
  188.     if(id!=-1)  
  189.     {  
  190.         CvSize imgsize;  
  191.         imgsize.height = Rvec[id].height;  
  192.         imgsize.width = Rvec[id].width;  
  193.         IplImage* res = cvCreateImage(imgsize,transimg->depth,transimg->nChannels);  
  194.         CutImg(transimg,Rvec[id],res);  
  195.   
  196.         return res;  
  197.     }  
  198.     return NULL;  
  199. }  



 

3. 主函数

 

[cpp] view plain copy
 
 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
  1. //Detect.cpp  
  2. //Preprocessing - Detect, Cut and Save  
  3. //@Author : Rachel-Zhang  
  4.   
  5. #include "opencv2/objdetect/objdetect.hpp"  
  6. #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"  
  7. #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"  
  8.   
  9. #include <cctype>  
  10. #include <iostream>  
  11. #include <iterator>  
  12. #include <stdio.h>  
  13. #include "BrowseDir.h"  
  14. #include "StatDir.h"  
  15. #include "Prehelper.h"  
  16.   
  17. using namespace std;  
  18. using namespace cv;  
  19. #define CAM 2  
  20. #define PHO 1  
  21. #define K 5  
  22.   
  23. string cascadeName = "E:/software/opencv2.4.6.0/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml";  
  24. string nestedCascadeName = "E:/software/opencv2.4.6.0/data/haarcascades/haarcascade_eye_tree_eyeglasses.xml";  
  25.   
  26. int main( )  
  27. {  
  28.     CvCapture* capture = 0;  
  29.     Mat frame, frameCopy, image;  
  30.     string inputName;  
  31.     bool tryflip = false;  
  32.     int mode;  
  33.     CascadeClassifier cascade, nestedCascade;   
  34.     double scale = 1.0;  
  35.     if( !cascade.load( cascadeName ) ||!nestedCascade.load( nestedCascadeName))  
  36.     {  
  37.         cerr << "ERROR: Could not load classifier cascade or nestedCascade" << endl;//若出现该问题请去检查cascadeName，可能是opencv版本路径问题  
  38.         return -1;  
  39.     }  
  40.   
  41. //  printf("select the mode of detection: \n1: from picture\t 2: from camera\n");  
  42. //  scanf("%d",&mode);  
  43.     char** pics = (char**) malloc(sizeof*pics);  
  44.   
  45.     /************************************************************************/  
  46.     /*                                  detect face and save                                    */  
  47.     /************************************************************************/  
  48.     int i,j;  
  49.     cout<<"detect and save..."<<endl;  
  50.     const char dir[256] = "D:\\Face_recognition\\pic\\";   
  51.         string cur_dir;  
  52.         char id[5];  
  53.     for(i=1; i<=K; i++)  
  54.     {  
  55.         cur_dir = dir;  
  56.         _itoa(i,id,10);  
  57.         cur_dir.append("color\\");  
  58.         cur_dir.append(id);  
  59.         vector<pair<char*,Mat>> imgs=read_img(cur_dir);  
  60.         for(j=0;j<imgs.size();j++)  
  61.         {  
  62.             IplImage* res = DetectandExtract(imgs[j].second,cascade,nestedCascade,scale,tryflip);  
  63.             if(res)  
  64.                 cvSaveImage(imgs[j].first,res);  
  65.         }  
  66.     }  
  67.     return 0;  
  68. }  



 

正确的输出就是一系列人脸检测时间，且原文件夹内的图片变成了检测出的人脸（如上面结果图所示）。

 

 

文章所用代码打包链接：http://download.csdn.net/detail/abcjennifer/7047853

 

from: http://blog.csdn.net/abcjennifer/article/details/20396869