基于OpenCV的人脸微笑检测实现

文章目录

• • 引言
  • 一、技术原理
  • 二、代码实现
  • • 2.1 关键代码解析
    • • 2.1.1 模型加载
      • 2.1.2 图像翻转
      • 2.1.3 人脸检测 + 微笑检测
    • 2.2 显示效果
  • 三、参数调优建议
  • 四、总结

引言

在计算机视觉领域，人脸检测和表情识别一直是热门的研究方向。今天我将分享一个使用Python和OpenCV实现的实时人脸微笑检测系统。这个系统能够通过摄像头捕捉视频流，实时检测人脸并识别微笑表情，非常适合初学者学习计算机视觉的基础应用。

一、技术原理

本实现主要基于OpenCV提供的Haar级联分类器，使用了两个预训练模型：

Haar级联分类器是一种基于机器学习的物体检测方法，由Paul Viola和Michael Jones在2001年提出。它通过训练大量正负样本，学习物体的特征模式，从而实现快速检测。

二、代码实现

import cv2

# 加载预训练模型
faceCascade = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')
smile = cv2.CascadeClassifier("haarcascade_smile.xml")
cap = cv2.VideoCapture('smile.mp4') #初始化摄像头

while True: #处理每一帧
ret,image = cap.read() #读取一帧
image = cv2.flip(image,1) #图片翻转，水平翻转（镜像）

# 没有读到，直接退出
if ret is None:
break

# 转换为灰度图像
gray = cv2.cvtColor(image,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 人脸检测
faces = faceCascade.detectMultiScale(gray,
scaleFactor=1.1,
minNeighbors=15,
minSize=(5,5) )

# 处理每个人脸
for (x,y,w,h) in faces:
cv2.rectangle(image,(x,y),(x + w,y + h),(0,255,0),2)

# 提取人脸ROI区域(灰度)
roi_gray_face = gray[y:y+h,x:x+w]
cv2.imshow('Face ROI',roi_gray_face)

# 微笑检测，仅在人脸区域内检测
smiles = smile.detectMultiScale(roi_gray_face,
scaleFactor=1.5,
minNeighbors=2,
minSize=(50,50))

for (sx,sy,sw,sh) in smiles:
# 绘制微笑区域
a = x + sx
b = y + sy
cv2.rectangle(image,(a,b),(a+sw,b+sh),(255,0,0),2)
# 显示"smile"文字
cv2.putText(image,"smile",(x,y),cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL,1,
(0,255,255),thickness=2)

# 显示结果
cv2.imshow("Smile Detection",image)
key = cv2.waitKey(25)
if key ==27: # ESC键退出
break

# 释放资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

2.1 关键代码解析

2.1.1 模型加载

faceCascade = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')
smile = cv2.CascadeClassifier("haarcascade_smile.xml")

这两行代码加载了OpenCV提供的预训练Haar级联分类器模型。

2.1.2 图像翻转

image = cv2.flip(image, 1)

原图： [A B C] → 翻转后： [C B A]
[D E F] [F E D]

• 每一行的元素顺序被反转，但行的顺序不变。

2.1.3 人脸检测 + 微笑检测

for (x,y,w,h) in faces:
cv2.rectangle(image,(x,y),(x + w,y + h),(0,255,0),2)
# 提取人脸所在区域，多通道形式
# roiColorFace = image(y:y+h,x:x+w)
# 提取人脸所在区域，单通道形式
roi_gray_face = gray[y:y+h,x:x+w]
cv2.imshow('lian',roi_gray_face)
# 微笑检测，仅在人脸区域内检测
smiles = smile.detectMultiScale(roi_gray_face,
scaleFactor=1.5,
minNeighbors=2,
minSize=(50,50))
for (sx,sy,sw,sh) in smiles:
# 绘制微笑区域
a = x + sx
b = y + sy
cv2.rectangle(image,(a,b),(a+sw,b+sh),(255,0,0),2)
# 显示文字“smile” 表示微笑了
cv2.putText(image,"smile",(x,y),cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL,1,
(0,255,255),thickness=2)

这段代码是一个 人脸检测 + 微笑检测 的程序，主要使用了 OpenCV 的 Haar 级联分类器（detectMultiScale）来检测人脸和微笑。以下是详细解析：

代码功能概述

代码逐行解析

1. 遍历检测到的人脸

for (x, y, w, h) in faces:

• faces 是一个包含人脸矩形框的列表，每个框由 (x, y, w, h) 表示：
  • (x, y)：人脸左上角坐标。
  • (w, h)：人脸的宽度和高度。

2. 绘制人脸矩形框

cv2.rectangle(image, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)

• 在原始图像 image 上绘制绿色矩形框（RGB (0,255,0)），线宽为 2。

3. 提取人脸区域（灰度图）

roi_gray_face = gray[y:y+h, x:x+w]
cv2.imshow('lian', roi_gray_face)

• gray 是灰度图像（单通道）。
• roi_gray_face 是从 gray 中截取的人脸区域。
• cv2.imshow('lian', roi_gray_face) 显示人脸区域的灰度图（窗口名 'lian'）。

4. 在人脸区域内检测微笑

smiles = smile.detectMultiScale(
roi_gray_face,
scaleFactor=1.5,
minNeighbors=2,
minSize=(50, 50)
)

• smile 是一个训练好的 Haar 级联分类器（用于微笑检测）。
• 参数说明：
  • scaleFactor=1.5：每次图像缩放的比例（越大检测越快，但可能漏检）。
  • minNeighbors=2：候选框至少需要多少个邻近检测才被确认（越小误检越多）。
  • minSize=(50, 50)：微笑区域的最小尺寸（小于该尺寸的忽略）。

5. 遍历检测到的微笑区域

for (sx, sy, sw, sh) in smiles:

• smiles 包含微笑矩形框 (sx, sy, sw, sh)，坐标是相对于 roi_gray_face（人脸区域）的。

6. 绘制微笑框（蓝色）

a = x + sx # 转换到原始图像的坐标
b = y + sy
cv2.rectangle(image, (a, b), (a + sw, b + sh), (255, 0, 0), 2)

• (a, b) 是微笑框在原始图像 image 中的左上角坐标。
• 绘制蓝色矩形框（RGB (255,0,0)），线宽 2。

7. 标注文字“smile”

cv2.putText(image, "smile", (x, y), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL, 1, (0, 255, 255), 2)

• 在人脸框左上角 (x, y) 处显示黄色文字“smile”：
  • 字体：cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL。
  • 字号：1。
  • 颜色：(0, 255, 255)（黄色）。
  • 线宽：2。

代码执行流程

注意事项

2.2 显示效果

# 显示结果
cv2.imshow("dect",image)
key = cv2.waitKey(25)
if key ==27:
break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

• 显示效果如下，我们插入一段视频，在视频中对人物进行微笑检测，并画出检测框：

三、参数调优建议

四、总结

本文介绍了一个基于OpenCV Haar级联分类器的实时微笑检测系统。虽然Haar级联分类器在复杂场景下可能表现不佳，但它的计算效率高，非常适合初学者学习和快速原型开发。通过调整参数和优化流程，可以在实际应用中获得不错的效果。