关于音视频:手把手-Golang-实现静态图像与视频流人脸识别

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说起人脸识别，大家首先想到的实现形式应该是 Python 去做相干的解决，因为相干的机器学习框架，库都曾经封装得比拟好了。然而咱们明天探讨的实现形式换成 Golang，利用 Golang 去做动态图像和视频流人脸识别的相应解决。

动态图像人脸识别

首先咱们来进行动态的人脸识别，Golang 这边相较于 Python 社区来说绝对少一些，不过仍然有一些优良的库能够供咱们应用。明天咱们用到的就是 go-face 这个库。该库利用 dlib 去实现人脸识别，一个很受欢迎的机器学习工具集，它能够说是人脸识别中应用最多的软件包之一。在产学界有广泛应用，涵盖了机器人学，嵌入式设施，挪动设施等等。在它官网的文档中提到在 Wild 基准测试中辨认标记面部的准确度达到惊人的 99.4%，这也阐明为什么它能失去宽泛的利用。

在咱们开始码代码之前，首先须要装置 dlib。Windows 平台绝对麻烦一些，具体在官网有装置计划，这里我介绍两个平台。

Ubuntu 18.10+, Debian sid

最新版本的 Ubuntu 和 Debian 都提供适合的 dlib 包，所以只须要运行。

# Ubuntu
sudo apt-get install libdlib-dev libblas-dev liblapack-dev libjpeg-turbo8-dev
# Debian
sudo apt-get install libdlib-dev libblas-dev liblapack-dev libjpeg62-turbo-dev

macOS

确保装置了 Homebrew。

brew install dlib

创立我的项目及筹备工作

在 GOPATH 的 src 目录下，创立我的项目文件，命令如下。

sudo makedir go-face-test
# 创立 main.go
sudo touch main.go

而后进入该目录下，生成 mod 文件。

sudo go mod init

调用该命令后，在 go-face-test 目录下应该曾经生成了 go.mod 文件。

该库须要三个模型 shape_predictor_5_face_landmarks.dat, mmod_human_face_detector.dat 和 dlib_face_recognition_resnet_model_v1.dat，在 go-face-test 目录下下载相应的测试数据。

git clone https://github.com/Kagami/go-face-testdata testdata

最终的我的项目构造应该如图。

代码实现

首先，咱们利用代码查看环境是否失常。初始化识别器，开释资源。

package main

import (
    "fmt"

    "github.com/Kagami/go-face"
)

const dataDir = "testdata"

// testdata 目录下两个对应的文件夹目录
const (
    modelDir  = dataDir + "/models"
    imagesDir = dataDir + "/images"
)

func main() {fmt.Println("Face Recognition...")

    // 初始化识别器
    rec, err := face.NewRecognizer(modelDir)
    if err != nil {fmt.Println("Cannot INItialize recognizer")
    }
    defer rec.Close()

    fmt.Println("Recognizer Initialized")
}

编译而后运行代码。

sudo go run main.go

应该失去上面输入。

Face Recognition...
Recognizer Initialized

到这一步，咱们曾经胜利的设置好了须要的所有。

检测图片中人脸数量

首先筹备一张林俊杰的照片，放到任意目录下，为了演示不便，我放在了 main.go 同级目录下。

如你所见，当初什么都没有，只有一张图片，接下来咱们要让计算机计算图片中的人脸数量。

package main

import (
    "fmt"
    "log"

    "github.com/Kagami/go-face"
)

const dataDir = "testdata"

// testdata 目录下两个对应的文件夹目录
const (
    modelDir  = dataDir + "/models"
    imagesDir = dataDir + "/images"
)

func main() {fmt.Println("Face Recognition...")

    // 初始化识别器
    rec, err := face.NewRecognizer(modelDir)
    if err != nil {fmt.Println("Cannot INItialize recognizer")
    }
    defer rec.Close()

    fmt.Println("Recognizer Initialized")

    // 调用该办法，传入门路。返回面部数量和任何谬误
    faces, err := rec.RecognizeFile("linjunjie.jpeg")
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    // 打印人脸数量
    fmt.Println("图片人脸数量:", len(faces))
}

外围代码其实就是一行，go-face 封装进行辨认的办法，传入相应门路的图片文件，执行代码后后果如下。

Face Recognition...
Recognizer Initialized
图片人脸数量:  1

当初笨笨的计算机曾经会数人脸数量了。那 …. 如果一张照片外面有多人准不准呢，咱们试试看，筹备一张多人合照图片。


heyin.jpeg

咱们将第 31 行代码换成如下即可。

faces, err := rec.RecognizeFile("heyin.jpeg")

运行后的后果应该打印（ 图片人脸数量: 6），接下来正式看展咱们的人脸识别。

人脸识别

首先咱们筹备一张合照，这里仍然沿用下面的 heyin.jpeg。

整个处理过程大抵分为以下几步。

1. 将合影中人物映射到惟一 ID, 而后将惟一 ID 和对应人物相关联。

var samples []face.Descriptor
    var peoples []int32
    for i, f := range faces {samples = append(samples, f.Descriptor)
        // 每张脸惟一 id
        peoples = append(peoples, int32(i))
    }

    // Pass samples to the recognizer.
    rec.SetSamples(samples, peoples)

2. 接下来咱们封装一个人脸识别的办法，传入识别器和照片门路，打印对应人物 ID，人物名字。

func RecognizePeople(rec *face.Recognizer, file string) {people, err := rec.RecognizeSingleFile(file)
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    if people == nil {log.Fatalf("图片上不是一张脸")
    }
    peopleID := rec.Classify(people.Descriptor)
    if peopleID < 0 {log.Fatalf("无奈辨别")
    }
    fmt.Println(peopleID)
    fmt.Println(labels[peopleID])
}

3. 最初咱们传入想要辨认的图片，目前传入了 3 张图片，感兴趣的小伙伴能够传入其余图片尝试。


jay.jpeg


linjunjie.jpeg


taozhe.jpeg

4. 调用三次。

RecognizePeople(rec, "jay.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "linjunjie.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "taozhe.jpeg")

代码如下 

package main

import (
    "fmt"
    "log"

    "github.com/Kagami/go-face"
)

const dataDir = "testdata"

// testdata 目录下两个对应的文件夹目录
const (
    modelDir  = dataDir + "/models"
    imagesDir = dataDir + "/images"
)

// 图片中的人名
var labels = []string{
    "萧敬腾",
    "周杰伦",
    "unknow",
    "王力宏",
    "陶喆",
    "林俊杰",
}

func main() {fmt.Println("Face Recognition...")

    // 初始化识别器
    rec, err := face.NewRecognizer(modelDir)
    if err != nil {fmt.Println("Cannot INItialize recognizer")
    }
    defer rec.Close()

    fmt.Println("Recognizer Initialized")

    // 调用该办法，传入门路。返回面部数量和任何谬误
    faces, err := rec.RecognizeFile("heyin.jpeg")
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    // 打印人脸数量
    fmt.Println("图片人脸数量:", len(faces))

    var samples []face.Descriptor
    var peoples []int32
    for i, f := range faces {samples = append(samples, f.Descriptor)
        // 每张脸惟一 id
        peoples = append(peoples, int32(i))
    }

    // 传入样例到识别器
    rec.SetSamples(samples, peoples)

    RecognizePeople(rec, "jay.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "linjunjie.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "taozhe.jpeg")
}

func RecognizePeople(rec *face.Recognizer, file string) {people, err := rec.RecognizeSingleFile(file)
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    if people == nil {log.Fatalf("图片上不是一张脸")
    }
    peopleID := rec.Classify(people.Descriptor)
    if peopleID < 0 {log.Fatalf("无奈辨别")
    }
    fmt.Println(peopleID)
    fmt.Println(labels[peopleID])
}

运行后果

最初咱们运行代码。

go build main.go
./main

后果如下 

 图片人脸数量:  6
1
周杰伦
5
林俊杰
4
陶喆

祝贺你，你曾经胜利的辨认出这三张图片是谁了，到这一步，动态的图像人脸识别曾经实现了。

动态人脸识别总结

到这一步咱们曾经能够胜利的利用 Go 实现了动态人脸识别。将其使用到我的项目中也不是不可，不过它有诸多局限，应用的场景较为繁多，只能用在例如用户上传人脸身份辨认，繁多人脸识别等场景；图片格式较为繁多，临时不反对 PNG 格局等毛病。

视频流人脸识别

背景

动态的人脸识别利用场景较为局限，不可能放到比拟重要的环境中，例如金融，保险，安防等畛域，存在伪造等可能。而且单纯的动态人脸识别，意义不大。动静的视频流领有更加广大的利用空间，充沛利用在智能安防，手势辨认，美颜等畛域。5G 时代，泛滥业务将围绕视频这一块开展，如何将视频业务与外围业务实现解耦，声网的 RTE 组件做得不错，作为 RTE-PaaS 的开创者，声网曾经有较多的技术积攒，通过 RTE 组件的模式有很多益处。

RTE 长处

1. 利用无关性

能够在不同的我的项目间共享，实现复用，防止屡次开发的重复性工作

2. 平台无关性

广泛应用于操作系统，编程语言及各畛域

3. 丰盛的三方模块

可能提供例如白板教学，视频美颜，鉴黄等泛滥模块供开发者应用

代码实现

这里咱们来实现一下视频流的相干人脸识别，之前的动态辨认就是为了动静视频流人脸识别做铺垫。咱们来说一下视频流的人脸识别的实现思路，动态的图像人脸识别曾经实现，而视频是多帧的间断，咱们只须要抽取片段捕捉关键帧，辨认出人像，人后输入对应关联的人名。

筹备工作

这里咱们用到的是 gocv（底层应用 OpenCV），这里咱们临时略过具体的装置流程，依照官网文档装置即可。

1. 设置视频捕获的设施，一般来说默认 0

// set to use a video capture device 0
    deviceID := 0

    // open webcam
    webcam, err := gocv.OpenVideoCapture(deviceID)
    if err != nil {fmt.Println(err)
        return
    }
    defer webcam.Close()

2. 关上展现窗口 

// open display window
    window := gocv.NewWindow("Face Detect")
    defer window.Close()

3. 筹备图像矩阵，检测到人脸时显示矩形框的配置 

// prepare image matrix
    img := gocv.NewMat()
    defer img.Close()

    // color for the rect when faces detected
    blue := color.RGBA{0, 0, 255, 0}

4. 加载人脸识别分类器，用一个死循环，外面加上咱们的相干辨认服务 

for {if ok := webcam.Read(&img); !ok {fmt.Printf("cannot read device %v\n", deviceID)
            return
        }
        if img.Empty() {continue}

        // detect faces
        rects := classifier.DetectMultiScale(img)
        fmt.Printf("found %d faces\n", len(rects))

        // draw a rectangle around each face on the original image
        for _, r := range rects {gocv.Rectangle(&img, r, blue, 3)
      imgFace := img.Region(r)
            buff, err:=gocv.IMEncode(".jpg",imgFace)
            if err != nil {fmt.Println("encoding to jpg err:%v", err)
                break
            }

            RecognizePeopleFromMemory(rec, buff)
        }

        // show the image in the window, and wait 1 millisecond
        window.IMShow(img)
        window.WaitKey(1)
    }

其中有几个步骤须要将一下，目前来说 gocv.IMEncode 只反对将捕捉到的图片转成 PNG，JPG，GIF 三种格局。转换后的字节放逐在内存中，而后将字节流传入咱们的人脸识别函数中即可。

// RecognizeSingle returns face if it's the only face on the image or
// nil otherwise. Only JPEG format is currently supported. Thread-safe.
func (rec *Recognizer) RecognizeSingle(imgData []byte) (face *Face, err error) {faces, err := rec.recognize(0, imgData, 1)
    if err != nil || len(faces) != 1 {return}
    face = &faces[0]
    return
}

注意事项

因为 go-face 只反对 JPEG 的格局，所以咱们捕获的帧只能转换成 JPG 格局

而后简略的封装一个字符流的辨认函数。这里须要阐明一下，之所以将 log.Fatal 换成了 log.Println 的起因是在视频流级别的辨认中可能会呈现没有人脸的状况，这个时候程序该当是失常运行的，不能退出。

func RecognizePeopleFromMemory(rec *face.Recognizer, img []byte) {people, err := rec.RecognizeSingle(img)
    if err != nil {log.Println("无奈辨认: %v", err)
        return
    }
    if people == nil {log.Println("图片上不是一张脸")
        return
    }
    peopleID := rec.Classify(people.Descriptor)
    if peopleID < 0 {log.Println("无奈辨别")
        return
    }
    fmt.Println(peopleID)
    fmt.Println(labels[peopleID])
}

最初残缺代码如下 

package main

import (
    "fmt"
    "image/color"
    "log"

    "github.com/Kagami/go-face"
    "gocv.io/x/gocv"
)

const dataDir = "testdata"

// testdata 目录下两个对应的文件夹目录
const (
    modelDir  = dataDir + "/models"
    imagesDir = dataDir + "/images"
)

// 图片中的人名
var labels = []string{
    "萧敬腾",
    "周杰伦",
    "unknow",
    "王力宏",
    "陶喆",
    "林俊杰",
}

func main() {
    // 初始化识别器
    rec, err := face.NewRecognizer(modelDir)
    if err != nil {fmt.Println("Cannot INItialize recognizer")
    }
    defer rec.Close()

    fmt.Println("Recognizer Initialized")

    // 调用该办法，传入门路。返回面部数量和任何谬误
    faces, err := rec.RecognizeFile("heyin.jpeg")
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    // 打印人脸数量
    fmt.Println("图片人脸数量:", len(faces))

    var samples []face.Descriptor
    var peoples []int32
    for i, f := range faces {samples = append(samples, f.Descriptor)
        // 每张脸惟一 id
        peoples = append(peoples, int32(i))
    }

    // Pass samples to the recognizer.
    rec.SetSamples(samples, peoples)

    RecognizePeople(rec, "jay.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "linjunjie.jpeg")
    RecognizePeople(rec, "taozhe.jpeg")

    // set to use a video capture device 0
    deviceID := 0

    // open webcam
    webcam, err := gocv.OpenVideoCapture(deviceID)
    if err != nil {fmt.Println(err)
        return
    }
    defer webcam.Close()

    // open display window
    window := gocv.NewWindow("Face Detect")
    defer window.Close()

    // prepare image matrix
    img := gocv.NewMat()
    defer img.Close()

    // color for the rect when faces detected
    blue := color.RGBA{0, 0, 255, 0}

    // load classifier to recognize faces
    classifier := gocv.NewCascadeClassifier()
    defer classifier.Close()

    if !classifier.Load("./haarcascade_frontalface_default.xml") {fmt.Println("Error reading cascade file: data/haarcascade_frontalface_default.xml")
        return
    }

    fmt.Printf("start reading camera device: %v\n", deviceID)
    for {if ok := webcam.Read(&img); !ok {fmt.Printf("cannot read device %v\n", deviceID)
            return
        }
        if img.Empty() {continue}

        // detect faces
        rects := classifier.DetectMultiScale(img)
        if len(rects) == 0 {continue}

        fmt.Printf("found %d faces\n", len(rects))

        // draw a rectangle around each face on the original image
        for _, r := range rects {gocv.Rectangle(&img, r, blue, 3)

            imgFace := img.Region(r)
            buff, err:=gocv.IMEncode(".jpg",imgFace)
            if err != nil {fmt.Println("encoding to jpg err:%v", err)
                break
            }

            RecognizePeopleFromMemory(rec, buff)
        }

        // show the image in the window, and wait 1 millisecond
        window.IMShow(img)
        window.WaitKey(1)
    }
}

func RecognizePeople(rec *face.Recognizer, file string) {people, err := rec.RecognizeSingleFile(file)
    if err != nil {log.Fatalf("无奈辨认: %v", err)
    }
    if people == nil {log.Fatalf("图片上不是一张脸")
    }
    peopleID := rec.Classify(people.Descriptor)
    if peopleID < 0 {log.Fatalf("无奈辨别")
    }
    fmt.Println(peopleID)
    fmt.Println(labels[peopleID])
}

func RecognizePeopleFromMemory(rec *face.Recognizer, img []byte) {people, err := rec.RecognizeSingle(img)
    if err != nil {log.Println("无奈辨认: %v", err)
        return
    }
    if people == nil {log.Println("图片上不是一张脸")
        return
    }
    peopleID := rec.Classify(people.Descriptor)
    if peopleID < 0 {log.Println("无奈辨别")
        return
    }
    fmt.Println(peopleID)
    fmt.Println(labels[peopleID])
}

接下来咱们运行代码，应该可能拉起摄像头，这个时候我手持林俊杰的照片进行辨认，咱们能够看到左下角曾经输入对应的人名了。

视频流人脸识别总结

到这一步，祝贺你，你曾经可能实现视频流人脸识别了。然而，这里要阐明一下，为了疾速的实现，咱们的样本集是比拟少的，辨认成功率相对来说比拟低。不过一个简略的动静人脸识别曾经搭好了。

总结

尽管咱们实现了动静的人脸识别，然而在更为简单的利用场景下难以实现相应的需要，而且存在图片格式等限度，不足人脸解决的其余模块，美颜，鉴黄等性能。不过通过第三方的 SDK，例如声网等平台去实现对应的需要，园区的人脸识别，视频会议，云课堂等场景，可能实现疾速搭建，可能几行代码就可能实现相应的接入，并围绕 RTE 等组件进行人脸识别的相干开发。为开发节约大量工夫和老本，能够将开发重心转移到更加外围的业务。

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2021-08-11
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