OpenCV+OpenVINO实现人脸Landmarks实时检测

Posted 2021-03-02

缘由

自从OpenCV3.3版本引入深度神经网络(DNN)模块之后，OpenCV对DNN模块支持最好的表现之一就是开始支持基于深度学习人脸检测，OpenCV本身提供了两个模型分别是基于Caffe与Tensorflow的，Caffe版本的模型是半精度16位的，tensorflow版本的模型是8位量化的。同时OpenCV通过与OpenVINO IE模型集成实现了底层硬件对对象检测、图像分割、图像分类等常见模型加速推理支持。OpenVINO框架本身提供直接快速开发应用原型的模型库，对很多常见视觉任务都可以做到快速演示支持。说起人脸的Lankmarks提取，最早的OpenCV跟DLib支持的方式都是基于AAM算法实现的68个人脸特征点的拟合模型，另外OpenCV中支持landmark的人脸检测会先加载一个很大的模型文件，然后速度感人，觉得还有很大的改进空间。好处是OpenCV自己提供了一个训练工具，可以自己训练模型。常见的MTCNN同时实现了人脸检测跟landmarks检测，但是只支持5点检测。而OpenVINO自带的Landmark检测模型基于自定义的卷积神经网络实现，取35个人脸各部位关键点。

人脸检测模型

使用OpenCV DNN模块人脸检测的tensorflow量化8位模型

• opencv_face_detector_uint8.pb权重文件
• opencv_face_detector.pbtxt配置文件
  OpenCV3.3以上版本支持

Landmarks检测

模型名称：facial-landmarks-35-adas-0002
支持35点分布表示出左眼、右眼、鼻子、嘴巴、左侧眉毛、右侧眉毛、人脸轮廓。模型的输入格式为：

• BCHW = [1x3x60x60]
  模型的输出数据为：[1x70]大小的浮点数组、对应到35个点x、y的坐标。
  输出层名称：align_fc3

程序演示

首先加载模型文件

// 加载LANDMARK
Net mkNet = readNetFromModelOptimizer(landmark_xml, landmark_bin);
mkNet.setPreferableBackend(DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE);
mkNet.setPreferableTarget(DNN_TARGET_CPU);

// 加载网络
Net net = cv::dnn::readNetFromTensorflow(tensorflowWeightFile, tensorflowConfigFile);
net.setPreferableBackend(DNN_BACKEND_INFERENCE_ENGINE);
net.setPreferableTarget(DNN_TARGET_CPU);

使用网络实现人脸检测与landmark检测

首先读取视频的每一帧，检测人脸，得到的人脸区域转换位blob对象之后，再调用landmark检测模型forward方法得到输出结果，实现的代码如下：

Mat frame;
while (true) {
    bool ret = cap.read(frame);
    if (!ret) {
        break;
    }
    // flip(frame, frame, 1);
    cv::Mat inputBlob = cv::dnn::blobFromImage(frame, 1.0, cv::Size(300, 300),
        Scalar(104.0, 177.0, 123.0), false, false);
    net.setInput(inputBlob, "data");
    cv::Mat detection = net.forward("detection_out");
    cv::Mat detectionMat(detection.size[2], detection.size[3], CV_32F, detection.ptr<float>());
    for (int i = 0; i < detectionMat.rows; i++)
    {
        float confidence = detectionMat.at<float>(i, 2);
        if (confidence > 0.5)
        {
            int x1 = static_cast<int>(detectionMat.at<float>(i, 3) * w);
            int y1 = static_cast<int>(detectionMat.at<float>(i, 4) * h);
            int x2 = static_cast<int>(detectionMat.at<float>(i, 5) * w);
            int y2 = static_cast<int>(detectionMat.at<float>(i, 6) * h);
            Mat roi = frame(Range(y1, y2), Range(x1, x2));
            Mat blob = blobFromImage(roi, 1.0, Size(60, 60), Scalar(), false, false);
            mkNet.setInput(blob);
            Mat landmark_data = mkNet.forward();
            // printf("rows: %d 
, cols : %d 
", landmark_data.rows, landmark_data.cols);
            for (int i = 0; i < landmark_data.cols; i += 2) {
                float x = landmark_data.at<float>(0, i)*roi.cols+x1;
                float y = landmark_data.at<float>(0, i + 1)*roi.rows+y1;
                // mkList.push_back(Point(x, y));
                circle(frame, Point(x, y), 2, Scalar(0, 0, 255), 2, 8, 0);
            }
            cv::rectangle(frame, cv::Point(x1, y1), cv::Point(x2, y2), cv::Scalar(0, 255, 0), 2, 8);
        }
    }
    imshow("Face-Detection Demo", frame);
    char c = waitKey(1);
    if (c == 27) {
        break;
    }
}

运行结果如下：

至于速度，我只能告诉你很实时，我是i7 CPU。

想尝试下载与使用OpenVINO直接从下面链接即可开始：
https://software.intel.com/en-us/openvino-toolkit/choose-download?innovator=C

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OpenVINO计算机视觉模型加速