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作为《JavaCV人脸识别三部曲》的终篇，今天咱们要开发一个实用的功能：有人出现在摄像头中时，应用程序在预览窗口标注出此人的身份，效果如下图所示：
简单来说，本篇要做的事情如下：
confidence和threshold是OpenCV的人脸识别中非常重要的两个概念，咱们先把这两个概念搞清楚，再去编码就非常容易了
假设，咱们用下面六张照片训练出包含两个类别的模型：
用一张新的照片去训练好的模型中做识别，如下图，识别结果有两部分内容：label和confidence
先说lable，这个好理解，与训练时的lable一致（回顾上一篇的代码，lable如下图红框所示），前面图中lable等于2，表示被判定为郭富城：
按照上面的说法，lable等于2就能确定照片中的人像是郭富城吗？
当然不能！！！此时confidence字段就非常重要了，先看JavaCV源码中对confidence的解释，如下图红框所示，我的理解是：与lable值相关联的置信度，或者说这张脸是郭富城的可能性：
如果理解为可能性，那么问题来了，这是个double型的值，这个值越大，表示可能性越大还是越小？
上图并没有明说，但是那一句e.g. distance，让我想起了机器学习中的K-means，此时我脑海中的画面如下：
-若真如上图所示，那么显然confidence越小，是郭富城的可能性就越大了，接下来再去找一些权威的说法：
OpenCV的官方论坛有个帖子的说法如下图：代码中的confidence变量属于命名不当，其含义不是可信度，而是与模型中的类别的距离：
再看第二个解释，如下图红框，说得很清楚了，值越小，与模型中类别的相似度越高，0表示完全匹配：
再看一个Stack Overflow的解释：
至此，相信您对confidence已经足够理解了，lable等于2，confidence=30.01，意思是：被识别照片与郭富城最相似，距离为30.01，距离越小，是郭富城的可能性越大
| 名称 | 链接 | 备注 |
|---|---|---|
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package com.bolingcavalry.grabpush.extend;
import lombok.Data;
@Data
public class PredictRlt {
private int lable;
private double confidence;
}
package com.bolingcavalry.grabpush.extend;
import com.bolingcavalry.grabpush.Constants;
import org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgcodecs;
import org.bytedeco.opencv.opencv_core.Mat;
import org.bytedeco.opencv.opencv_core.Size;
import org.bytedeco.opencv.opencv_face.FaceRecognizer;
import org.bytedeco.opencv.opencv_face.FisherFaceRecognizer;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgcodecs.IMREAD_GRAYSCALE;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgproc.resize;
/**
* @author willzhao
* @version 1.0
* @description 把人脸识别的服务集中在这里
* @date 2021/12/12 21:32
*/
public class RecognizeService {
private FaceRecognizer faceRecognizer;
// 推理结果的标签
private int[] plabel;
// 推理结果的置信度
private double[] pconfidence;
// 推理结果
private PredictRlt predictRlt;
// 用于推理的图片尺寸，要和训练时的尺寸保持一致
private Size size= new Size(Constants.RESIZE_WIDTH, Constants.RESIZE_HEIGHT);
public RecognizeService(String modelPath) {
plabel = new int[1];
pconfidence = new double[1];
predictRlt = new PredictRlt();
// 识别类的实例化，与训练时相同
faceRecognizer = FisherFaceRecognizer.create();
// 加载的是训练时生成的模型
faceRecognizer.read(modelPath);
// 设置门限，这个可以根据您自身的情况不断调整
faceRecognizer.setThreshold(Constants.MAX_CONFIDENCE);
}
/**
* 将Mat实例给模型去推理
* @param mat
* @return
*/
public PredictRlt predict(Mat mat) {
// 调整到和训练一致的尺寸
resize(mat, mat, size);
boolean isFinish = false;
try {
// 推理(这一行可能抛出RuntimeException异常，因此要补货，否则会导致程序退出)
faceRecognizer.predict(mat, plabel, pconfidence);
isFinish = true;
} catch (RuntimeException runtimeException) {
runtimeException.printStackTrace();
}
// 如果发生过异常，就提前返回
if (!isFinish) {
return null;
}
// 将推理结果写入返回对象中
predictRlt.setLable(plabel[0]);
predictRlt.setConfidence(pconfidence[0]);
return predictRlt;
}
}
package com.bolingcavalry.grabpush.extend;
import com.bolingcavalry.grabpush.Constants;
import org.bytedeco.javacv.Frame;
import org.bytedeco.javacv.OpenCVFrameConverter;
import org.bytedeco.opencv.opencv_core.*;
import org.bytedeco.opencv.opencv_objdetect.CascadeClassifier;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_core.CV_8UC1;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgcodecs.imwrite;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgproc.*;
/**
* @author willzhao
* @version 1.0
* @description 检测工具的通用接口
* @date 2021/12/5 10:57
*/
public interface DetectService {
/**
* 根据传入的MAT构造相同尺寸的MAT，存放灰度图片用于以后的检测
* @param src 原始图片的MAT对象
* @return 相同尺寸的灰度图片的MAT对象
*/
static Mat buildGrayImage(Mat src) {
return new Mat(src.rows(), src.cols(), CV_8UC1);
}
/**
* 初始化操作，例如模型下载
* @throws Exception
*/
void init() throws Exception;
/**
* 得到原始帧，做识别，添加框选
* @param frame
* @return
*/
Frame convert(Frame frame);
/**
* 释放资源
*/
void releaseOutputResource();
}
package com.bolingcavalry.grabpush.extend;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.bytedeco.javacpp.Loader;
import org.bytedeco.javacv.Frame;
import org.bytedeco.javacv.OpenCVFrameConverter;
import org.bytedeco.opencv.opencv_core.*;
import org.bytedeco.opencv.opencv_objdetect.CascadeClassifier;
import java.io.File;
import java.net.URL;
import java.util.Map;
import static org.bytedeco.opencv.global.opencv_imgproc.*;
/**
* @author willzhao
* @version 1.0
* @description 音频相关的服务
* @date 2021/12/3 8:09
*/
@Slf4j
public class DetectAndRecognizeService implements DetectService {
/**
* 每一帧原始图片的对象
*/
private Mat grabbedImage = null;
/**
* 原始图片对应的灰度图片对象
*/
private Mat grayImage = null;
/**
* 分类器
*/
private CascadeClassifier classifier;
/**
* 转换器
*/
private OpenCVFrameConverter.ToMat converter = new OpenCVFrameConverter.ToMat();
/**
* 检测模型文件的下载地址
*/
private String detectModelFileUrl;
/**
* 处理每一帧的服务
*/
private RecognizeService recognizeService;
/**
* 为了显示的时候更加友好，给每个分类对应一个名称
*/
private Map<Integer, String> kindNameMap;
/**
* 构造方法
* @param detectModelFileUrl
* @param recognizeModelFilePath
* @param kindNameMap
*/
public DetectAndRecognizeService(String detectModelFileUrl, String recognizeModelFilePath, Map<Integer, String> kindNameMap) {
this.detectModelFileUrl = detectModelFileUrl;
this.recognizeService = new RecognizeService(recognizeModelFilePath);
this.kindNameMap = kindNameMap;
}
/**
* 音频采样对象的初始化
* @throws Exception
*/
@Override
public void init() throws Exception {
// 下载模型文件
URL url = new URL(detectModelFileUrl);
File file = Loader.cacheResource(url);
// 模型文件下载后的完整地址
String classifierName = file.getAbsolutePath();
// 根据模型文件实例化分类器
classifier = new CascadeClassifier(classifierName);
if (classifier == null) {
log.error("Error loading classifier file [{}]", classifierName);
System.exit(1);
}
}
@Override
public Frame convert(Frame frame) {
// 由帧转为Mat
grabbedImage = converter.convert(frame);
// 灰度Mat，用于检测
if (null==grayImage) {
grayImage = DetectService.buildGrayImage(grabbedImage);
}
// 进行人脸识别，根据结果做处理得到预览窗口显示的帧
return detectAndRecoginze(classifier, converter, frame, grabbedImage, grayImage, recognizeService, kindNameMap);
}
/**
* 程序结束前，释放人脸识别的资源
*/
@Override
public void releaseOutputResource() {
if (null!=grabbedImage) {
grabbedImage.release();
}
if (null!=grayImage) {
grayImage.release();
}
if (null==classifier) {
classifier.close();
}
}
/**
* 检测图片，将检测结果用矩形标注在原始图片上
* @param classifier 分类器
* @param converter Frame和mat的转换器
* @param rawFrame 原始视频帧
* @param grabbedImage 原始视频帧对应的mat
* @param grayImage 存放灰度图片的mat
* @param kindNameMap 每个分类编号对应的名称
* @return 标注了识别结果的视频帧
*/
static Frame detectAndRecoginze(CascadeClassifier classifier,
OpenCVFrameConverter.ToMat converter,
Frame rawFrame,
Mat grabbedImage,
Mat grayImage,
RecognizeService recognizeService,
Map<Integer, String> kindNameMap) {
// 当前图片转为灰度图片
cvtColor(grabbedImage, grayImage, CV_BGR2GRAY);
// 存放检测结果的容器
RectVector objects = new RectVector();
// 开始检测
classifier.detectMultiScale(grayImage, objects);
// 检测结果总数
long total = objects.size();
// 如果没有检测到结果，就用原始帧返回
if (total<1) {
return rawFrame;
}
PredictRlt predictRlt;
int pos_x;
int pos_y;
int lable;
double confidence;
String content;
// 如果有检测结果，就根据结果的数据构造矩形框，画在原图上
for (long i = 0; i < total; i++) {
Rect r = objects.get(i);
// 核心代码，把检测到的人脸拿去识别
predictRlt = recognizeService.predict(new Mat(grayImage, r));
// 如果返回为空，表示出现过异常，就执行下一个
if (null==predictRlt) {
System.out.println("return null");
continue;
}
// 分类的编号（训练时只有1和2，这里只有有三个值，1和2与训练的分类一致，还有个-1表示没有匹配上）
lable = predictRlt.getLable();
// 与模型中的分类的距离，值越小表示相似度越高
confidence = predictRlt.getConfidence();
// 得到分类编号后，从map中取得名字，用来显示
if (kindNameMap.containsKey(predictRlt.getLable())) {
content = String.format("%s, confidence : %.4f", kindNameMap.get(lable), confidence);
} else {
// 取不到名字的时候，就显示unknown
content = "unknown(" + predictRlt.getLable() + ")";
System.out.println(content);
}
int x = r.x(), y = r.y(), w = r.width(), h = r.height();
rectangle(grabbedImage, new Point(x, y), new Point(x + w, y + h), Scalar.RED, 1, CV_AA, 0);
pos_x = Math.max(r.tl().x()-10, 0);
pos_y = Math.max(r.tl().y()-10, 0);
putText(grabbedImage, content, new Point(pos_x, pos_y), FONT_HERSHEY_PLAIN, 1.5, new Scalar(0,255,0,2.0));
}
// 释放检测结果资源
objects.close();
// 将标注过的图片转为帧，返回
return converter.convert(grabbedImage);
}
}
protected CanvasFrame previewCanvas
/**
* 检测工具接口
*/
private DetectService detectService;
/**
* 不同的检测工具，可以通过构造方法传入
* @param detectService
*/
public PreviewCameraWithIdentify(DetectService detectService) {
this.detectService = detectService;
}
@Override
protected void initOutput() throws Exception {
previewCanvas = new CanvasFrame("摄像头预览和身份识别", CanvasFrame.getDefaultGamma() / grabber.getGamma());
previewCanvas.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
previewCanvas.setAlwaysOnTop(true);
// 检测服务的初始化操作
detectService.init();
}
@Override
protected void output(Frame frame) {
// 原始帧先交给检测服务处理，这个处理包括物体检测，再将检测结果标注在原始图片上，
// 然后转换为帧返回
Frame detectedFrame = detectService.convert(frame);
// 预览窗口上显示的帧是标注了检测结果的帧
previewCanvas.showImage(detectedFrame);
}
@Override
protected void releaseOutputResource() {
if (null!= previewCanvas) {
previewCanvas.dispose();
}
// 检测工具也要释放资源
detectService.releaseOutputResource();
}
@Override
protected int getInterval() {
return super.getInterval()/8;
}
public static void main(String[] args) {
String modelFileUrl = "https://raw.github.com/opencv/opencv/master/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml";
String recognizeModelFilePath = "E:\\temp\\202112\\18\\001\\faceRecognizer.xml";
// 这里分类编号的身份的对应关系，和之前训练时候的设定要保持一致
Map<Integer, String> kindNameMap = new HashMap();
kindNameMap.put(1, "Man");
kindNameMap.put(2, "Woman");
// 检测服务
DetectService detectService = new DetectAndRecognizeService(modelFileUrl,recognizeModelFilePath, kindNameMap);
// 开始检测
new PreviewCameraWithIdentify(detectService).action(1000);
}
程序运行起来后，请名为Man的群众演员A站在摄像头前面，如下图，识别成功：
接下来，请名为Woman的群众演员B过来，和群众演员A同框，如下图，同时识别成功，不过偶尔会识别错误，提示成unknown(-1)：
再请一个没有参与训练的小群众演员过来，与A同框，此刻的识别也是准确的，小演员被标注为unknown(-1)：
去看程序的控制台，发现FaceRecognizer.predict方法会抛出异常，幸好程序捕获了异常，不会把整个进程中断退出：
至此，整个《JavaCV人脸识别三部曲》全部完成，如果您是位java程序员，正在寻找人脸识别相关的方案，希望本系列能给您一些参考
另外《JavaCV人脸识别三部曲》是《JavaCV的摄像头实战》系列的分支，作为主干的《JavaCV的摄像头实战》依然在持续更新中，欣宸原创会继续与您一路相伴，学习、实战、提升