Python+OpenCV實(shí)現(xiàn)貓臉檢測(cè)

猿友 2018-08-02 18:38:56 瀏覽數(shù) (7652)

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本文轉(zhuǎn)載至知乎ID：Charles（白露未晞）知乎個(gè)人專(zhuān)欄

導(dǎo)語(yǔ)

利用Python+OpenCV實(shí)現(xiàn)貓臉檢測(cè)。

使用的是OpenCV內(nèi)置的Viola-Jones目標(biāo)檢測(cè)框架來(lái)實(shí)現(xiàn)貓臉檢測(cè)，感覺(jué)挺有意思的。

讓我們愉快地開(kāi)始吧~~~

開(kāi)發(fā)工具

Python版本：3.6.4

相關(guān)模塊：

cv2模塊；

以及一些Python自帶的模塊。

環(huán)境搭建

安裝Python并添加到環(huán)境變量，pip安裝需要的相關(guān)模塊即可。

原理簡(jiǎn)介

為了進(jìn)一步提高公眾號(hào)的文章質(zhì)量，我決定來(lái)簡(jiǎn)單地講一講Haar分類(lèi)器，也就是Viola-Jones識(shí)別器。

詳細(xì)的原理說(shuō)明可參考相關(guān)文件中的兩篇論文：

Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features;

Robust Real-Time Face Detection.

（1）Haar-like特征

Haar-like矩形特征是用于物體檢測(cè)的數(shù)字圖像特征，由兩個(gè)或者多個(gè)相鄰的黑白矩形組合而成，矩形的特征值是白色矩形的灰度值之和減去黑色矩形的灰度值之和。一般地，我們認(rèn)為矩形特征對(duì)一些簡(jiǎn)單的圖形結(jié)構(gòu)(線段、邊緣)等較為敏感：

具體到貓臉檢測(cè)而言，我們認(rèn)為把這樣的矩形放到一個(gè)非貓臉區(qū)域后獲得的特征值與放到一個(gè)貓臉區(qū)域后獲得的特征值是不同的。

利用上述基于特征的檢測(cè)算法，不僅能夠編碼特定區(qū)域的狀態(tài)，而且效率高于基于像素的檢測(cè)算法。

（2）積分圖

下面我們來(lái)考慮一下如何計(jì)算矩形的特征值。對(duì)圖像中的任意一點(diǎn)A(x, y)，定義該點(diǎn)的積分圖為其左上角的所有像素值之和，即：

因此，要計(jì)算矩形模板的特征值，也就是計(jì)算兩個(gè)區(qū)域之間的像素和之差，只需要用特征區(qū)域端點(diǎn)的積分圖來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算就可以了：

（3）Haar分類(lèi)器

Haar分類(lèi)器是一個(gè)監(jiān)督學(xué)習(xí)分類(lèi)器，要進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，首先要對(duì)圖像進(jìn)行直方圖均衡化和歸一化處理，然后檢測(cè)里面是否包含要檢測(cè)的物體。

流程框架圖為(Haar分類(lèi)器本質(zhì)上由Haar特征提取器、離散強(qiáng)分類(lèi)器以及強(qiáng)分類(lèi)級(jí)聯(lián)器組成)：

Haar分類(lèi)器使用Adaboost算法，但是把它組織為了篩選式的級(jí)聯(lián)分類(lèi)器，在任意一級(jí)計(jì)算中，一旦獲得輸入內(nèi)容不在檢測(cè)類(lèi)中的結(jié)論，便終止計(jì)算，只有通過(guò)所有級(jí)別的分類(lèi)器，才可認(rèn)為檢測(cè)到了目標(biāo)物體，以此來(lái)提高檢測(cè)效率。

關(guān)于AdaBoost算法，我就不展開(kāi)介紹了，有興趣的同學(xué)可以自己查找相關(guān)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)。以后有時(shí)間我再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

（4）適用范圍

適用于“基本剛性”的物體檢測(cè)，如臉、汽車(chē)、人體和自行車(chē)等等。

（5）總結(jié)

Viola-Jones目標(biāo)檢測(cè)框架的核心思想是通過(guò)滑動(dòng)窗口掃描圖像(多尺度的掃描)，然后將每個(gè)窗口的Haar特征值輸入到篩選式的級(jí)聯(lián)分類(lèi)器中來(lái)判斷該窗口內(nèi)是否含有目標(biāo)物體以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)。

具體實(shí)現(xiàn)

OpenCV中內(nèi)置了基于Viola-Jones目標(biāo)檢測(cè)框架的Haar分類(lèi)器，并提供了貓臉檢測(cè)預(yù)訓(xùn)練好的模型。因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分簡(jiǎn)單。

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程詳見(jiàn)相關(guān)文件中的源代碼。

效果演示

使用方式：

修改源代碼中的圖片名為自己需要檢測(cè)的圖片：