opencv 人脸识别 （一）训练样本的处理

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

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. public:
14. CBrowseDir();
15. bool SetInitDir(const char *dir);
16. bool BeginBrowse(const char *filespec);
17. vector<char*> BeginBrowseFilenames(const char *filespec);
18. protected:
19. bool BrowseDir(const char *dir,const char *filespec);
20. vector<char*> GetDirFilenames(const char *dir,const char *filespec);
21. virtual bool ProcessFile(const char *filename);
22. virtual void ProcessDir(const char *currentdir,const char *parentdir);
23. };

1.2 BrowseDir.cpp

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

1.3 StatDir.h

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. public:
9. CStatDir()
10. {
11. m_nFileCount=m_nSubdirCount=0;
12. }
13. int GetFileCount()
14. {
15. return m_nFileCount;
16. }
17. int GetSubdirCount()
18. {
19. return m_nSubdirCount-1;
20. }
21. protected:
22. virtual bool ProcessFile(const char *filename)
23. {
24. m_nFileCount++;
25. return CBrowseDir::ProcessFile(filename);
26. }
27. virtual void ProcessDir
28. (const char *currentdir,const char *parentdir)
29. {
30. m_nSubdirCount++;
31. CBrowseDir::ProcessDir(currentdir,parentdir);
32. }
33. };

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

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

2.2 Prehelper.cpp

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

3. 主函数

1. //Detect.cpp
2. //Preprocessing - Detect, Cut and Save
3. //@Author : Rachel-Zhang
4. #include "opencv2/objdetect/objdetect.hpp"
5. #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
6. #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
7. #include <cctype>
8. #include <iostream>
9. #include <iterator>
10. #include <stdio.h>
11. #include "BrowseDir.h"
12. #include "StatDir.h"
13. #include "Prehelper.h"
14. using namespace std;
15. using namespace cv;
16. #define CAM 2
17. #define PHO 1
18. #define K 5
19. string cascadeName = "E:/software/opencv2.4.6.0/data/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml";
20. string nestedCascadeName = "E:/software/opencv2.4.6.0/data/haarcascades/haarcascade_eye_tree_eyeglasses.xml";
21. int main( )
22. {
23. CvCapture* capture = 0;
24. Mat frame, frameCopy, image;
25. string inputName;
26. bool tryflip = false;
27. int mode;
28. CascadeClassifier cascade, nestedCascade;
29. double scale = 1.0;
30. if( !cascade.load( cascadeName ) ||!nestedCascade.load( nestedCascadeName))
31. {
32. 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
33. return -1;
34. }
35. //  printf("select the mode of detection: \n1: from picture\t 2: from camera\n");
36. //  scanf("%d",&mode);
37. char** pics = (char**) malloc(sizeof*pics);
38. /************************************************************************/
39. /*                                  detect face and save                                    */
40. /************************************************************************/
41. int i,j;
42. cout<<"detect and save..."<<endl;
43. const char dir[256] = "D:\\Face_recognition\\pic\\";
44. string cur_dir;
45. char id[5];
46. for(i=1; i<=K; i++)
47. {
48. cur_dir = dir;
49. _itoa(i,id,10);
50. cur_dir.append("color\\");
51. cur_dir.append(id);
52. vector<pair<char*,Mat>> imgs=read_img(cur_dir);
53. for(j=0;j<imgs.size();j++)
54. {
55. IplImage* res = DetectandExtract(imgs[j].second,cascade,nestedCascade,scale,tryflip);
56. if(res)
57. cvSaveImage(imgs[j].first,res);
58. }
59. }
60. return 0;
61. }

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