《基于 OpenCV的人脸识别系统》

西安电子科技大学

人工智能学院暑期夏令营科研实践《基于OpenCV的人脸识别系统》

实践报告

姓名：XXX

学校：XXXX

院系班级：XXXXXXXXX

联系方式：XXXX

目录

1 项目背景 (1)

2 项目目标 (1)

3 项目方案 (2)

3.1 人脸采集 (2)

3.2 人脸训练 (3)

3.3 人脸识别 (4)

4 项目调试 (6)

4.1 采集调试 (6)

4.2 训练调试 (6)

4.3 识别调试 (7)

5实践总结 (8)

如何创造一个安全的、数字现代化的、智能化的宿舍门禁系统有着十分重要的意义。然而，在日常管理中我们经常会碰到这样的问题：外来人员混入宿舍带来的安全隐患、夏天未带校园卡而在公寓楼前苦等、宿舍出入口必须有人盯守、晚归被困公寓楼外等等。

在当今计算机普及与急剧增长的状况下，应该实施一些高效率的系统，不仅省钱，省事，而且便捷，针对以上情况，十分有必要建立一个全面、高效、人性化、智能的高校宿舍出入管理系统。

因此，做一个人脸识别系统就非常地有必要！

2 项目目标

本项目拟完成人脸采集、人脸训练和人脸检测与识别的功能。

人脸采集程序主要完成以下功能：

1. 建立新的文件夹：用户根据提示输入自己姓名的简称，程序会在工程目录下建立该用户的文件夹，用以存放拍摄的照片；

2. 打开摄像头和写入图像：调用笔记本摄像头，当P键按下时，显示当前帧的图像，经处理后，保存图像；当q键按下时，立即退出采集程序

3. 人脸检测与裁剪：在当前帧识别出人脸后将其裁剪至ORL人脸数据

库大小即92x112。

人脸训练程序主要完成以下功能：

1. CSV文件读取：CSV文件对应的图像数据和对应的标签；

2. 样本训练：包括ORL人脸数据库的样本和自己的样本。

人脸训练样本取自ORL人脸数据库，共40个人，每人10张照片。照片在不同时间、不同表情(睁眼闭眼、笑或者不笑)、不同人脸细节(戴眼镜或者不戴眼镜)下采集，所有的图像都在一个黑暗均匀的背景下采集的，正面竖直人脸(有些有轻微旋转)。此外，增加自己的样本，并以相同尺寸拍摄20张左右图像。

人脸识别与检测程序主要完成以下功能：

1. 人脸检测：识别出当前帧是否有人脸；

2. 人脸预测：根据训练结果判断当前帧中人脸是否属于样本集；

3. 姓名显示：若属于样本集则显示姓名缩写，否则，显示“0”。

本项目一共分为三个步骤，故程序共有三个，分别是：人脸采集程序、人脸训练程序和人脸检测与识别程序。

3.1 人脸采集

人脸采集程序包含三个模块：建立文件夹模块、打开摄像头和写入图像模块、人脸检测与裁剪模块。图1是人脸采集程序的流程图。

图1 人脸采集程序流程图

建立文件夹模块：采用mkdir()函数为每位用户提供单独文件夹保存拍摄的

照片，不允许有重复文件夹，若名字相同，只能删除原文件夹或者更改名字简称。

打开摄像头和写入图像模块：拍摄照片时调用笔记本电脑摄像头，使用OpenCV的VideoCapture类，即可打开摄像头，使用imwrite()函数即可写图像。

人脸检测与裁剪模块：检测并分割出人脸，并改变图像法的大小与下载的数据图片大小一致。人脸采集使用OpenCV内部描述脸部Haar特征的分类器：haarcascade_frontalface_default。而人脸检测使用detectMultiScale函数，该函数原型为：

void detectMultiScale

(

const Mat& image,

CV_OUT vector& objects,

double scaleFactor = 1.1,

int minNeighbors = 3,

int flags = 0,

Size minSize = Size(),

Size maxSize = Size()

);

参数1：image--待检测图片，一般为灰度图像加快检测速度；

参数2：objects--被检测物体的矩形框向量组；

参数3：scaleFactor--表示在前后两次相继的扫描中，搜索窗口的比例系数。默认为1.1即每次搜索窗口依次扩大10%；

参数4：minNeighbors--表示构成检测目标的相邻矩形的最小个数(默认为3个)；

如果组成检测目标的小矩形的个数和小于min_neighbors - 1 都会被排

除；如果min_neighbors 为0, 则函数不做任何操作就返回所有的被检

候选矩形框；这种设定值一般用在用户自定义对检测结果的组合程序上；参数5：flags--要么使用默认值，要么使用CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING，如果设置为CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING，那么函数将会使用

Canny边缘检测来排除边缘过多或过少的区域，因此这些区域通常不会

是人脸所在区域；

参数6、7：minSize和maxSize用来限制得到的目标区域的范围。

3.2 人脸训练

人脸训练程序包含三个模块：创建CSV文件模块、读取CSV文件和人脸训练模块。

创建CSV文件模块：CSV文件采用Python3 编写，使用opencv教程里提供的自动生成csv文件的脚本。包含图片的路径和标签。

读取CSV文件模块：stringstream最大的特点就是可以实现各种数据类型的转换，不需要像C语言那样麻烦，而且非常安全；getline()把从输入流读入的字