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简单换脸、人脸对齐、关键点定位与画图

项目一：Face_Swapping

简单换脸、人脸对齐、关键点定位与画图

这是一个利用dlib进行关键点定位 + opencv处理的人脸对齐、换脸、关键点识别的小demo。原文来自于《Switching Eds: Face swapping with Python, dlib, and OpenCV》 该博文的github地址中有所有的code。这边我的博客地址： http://blog.csdn.net/sinat_26917383/article/details/78564416

有人将其进行中文翻译也有将其进行一定改编有以下两个案例：

• 1.《川普撞脸希拉里(基于 OpenCV 的面部特征交换)-2》
• 变脸

变脸贴图：

从这张： 变为这张：

因为原文里面内容丰富，我觉得可以提取出很多有用的小模块，于是乎： .

提取一：关键点定位与画图

import cv2
import dlib
import numpy
import sys
import matplotlib.pyplot as plt
SCALE_FACTOR = 1 # 图像的放缩比

def read_im_and_landmarks(fname):
    im = cv2.imread(fname, cv2.IMREAD_COLOR)
    im = cv2.resize(im, (im.shape[1] * SCALE_FACTOR,
                         im.shape[0] * SCALE_FACTOR))
    s = get_landmarks(im)

    return im, s

def annotate_landmarks(im, landmarks):
    '''
    人脸关键点，画图函数
    '''
    im = im.copy()
    for idx, point in enumerate(landmarks):
        pos = (point[0, 0], point[0, 1])
        cv2.putText(im, str(idx), pos,
                    fontFace=cv2.FONT_HERSHEY_SCRIPT_SIMPLEX,
                    fontScale=0.4,
                    color=(0, 0, 255))
        cv2.circle(im, pos, 3, color=(0, 255, 255))
    return im

然后实践就是载入原图：

im1, landmarks1 = read_im_and_landmarks('02.jpg')  # 底图
im1 = annotate_landmarks(im1, landmarks1)

%matplotlib inline
plt.subplot(111)
plt.imshow(im1)

.

提取二：人脸对齐

需要一张模板图来作为靠拢的对象图。

# 人脸对齐函数
def face_Align(Base_path,cover_path):
    im1, landmarks1 = read_im_and_landmarks(Base_path)  # 底图
    im2, landmarks2 = read_im_and_landmarks(cover_path)  # 贴上来的图
    
    if len(landmarks1) == 0 & len(landmarks2) == 0 :
        raise ImproperNumber("Faces detected is no face!")
    if len(landmarks1) > 1 & len(landmarks2) > 1 :
        raise ImproperNumber("Faces detected is more than 1!")
    
    M = transformation_from_points(landmarks1[ALIGN_POINTS],
                                   landmarks2[ALIGN_POINTS])
    warped_im2 = warp_im(im2, M, im1.shape)
    return warped_im2

这里的步骤是：

• 提取模板图、对齐图的landmarks;
• 通过transformation_from_points计算对齐图向模板图的转移矩阵M，变换矩阵是根据以下公式计算出来的;
• warp_im，将 im2 的掩码进行变化，使之与 im1 相符

实践的话就是：

FEATHER_AMOUNT = 19  # 匹配的时候，特征数量，现在是以11个点为基准点  11  15  17 

Base_path = '01.jpg'
cover_path = '02.jpg'
warped_mask = face_Align(Base_path,cover_path)

.

提取三：换脸

主要函数：

def Switch_face(Base_path,cover_path):
    im1, landmarks1 = read_im_and_landmarks(Base_path)  # 底图
    im2, landmarks2 = read_im_and_landmarks(cover_path)  # 贴上来的图
    
    if len(landmarks1) == 0 & len(landmarks2) == 0 :
        raise ImproperNumber("Faces detected is no face!")
    if len(landmarks1) > 1 & len(landmarks2) > 1 :
        raise ImproperNumber("Faces detected is more than 1!")
    
    M = transformation_from_points(landmarks1[ALIGN_POINTS],
                                   landmarks2[ALIGN_POINTS])
    mask = get_face_mask(im2, landmarks2)
    warped_mask = warp_im(mask, M, im1.shape)
    combined_mask = numpy.max([get_face_mask(im1, landmarks1), warped_mask],
                              axis=0)
    warped_im2 = warp_im(im2, M, im1.shape)
    warped_corrected_im2 = correct_colours(im1, warped_im2, landmarks1)

    output_im = im1 * (1.0 - combined_mask) + warped_corrected_im2 * combined_mask
    return output_im

主要步骤：

• 提取模板图、对齐图的landmarks;
• M，通过transformation_from_points计算对齐图向模板图的转移矩阵M;

matrix([[   0.62876962,    0.20978991, -101.32973923],
        [  -0.20978991,    0.62876962,   79.11235991],
        [   0.        ,    0.        ,    1.        ]])

• mask,得到基于对齐图的掩膜，get_face_mask函数，获取 im2 的面部掩码，mask长成这样：

• warped_mask ,warp_im函数，将 im2 的掩码进行变化，使之与 im1 相符,跟上面的mask张一样（一个鼻子）

• combined_mask ，将二者的掩码进行连通（跟warped_mask 长一样）

• warped_im2 ，warp_im函数，第二次，将第二幅图像调整到与第一幅图像相符（对齐图片,斜了点）

• warped_corrected_im2 ，correct_colours函数，将 im2 的皮肤颜色进行修正，使其和 im1 的颜色尽量协调（类似下图）

• output_im 组合图像，获得结果

实践：

FEATHER_AMOUNT = 23

Base_path = '03.jpg'
cover_path = '02.jpg'
output_im = Switch_face(Base_path,cover_path)

项目二：平均脸

新更新了一个平均脸的程序内容：

py代码以及相关数据地址：https://www.learnopencv.com/wp-content/uploads/2016/05/FaceAverage.zip 最初博文地址：https://www.learnopencv.com/average-face-opencv-c-python-tutorial/ 中文翻译：http://blog.csdn.net/GraceDD/article/details/51382952 中文改编地址：《手把手：用OpenCV亲手给小扎、Musk等科技大佬们做一张“平均脸”（附Python代码）》

在完成各个library的安装后。

• 第一步：将要平均的照片放入faces文档，确保图片为jpg格式。
• 第二步：在终端运行 python face_landmark_detection.py shape_predictor_68_face_landmarks.dat faces，并在程序运行结束后将所有faces文档中的文件复制到presidents文档中（如无法完成dlib安装，可略过该步骤，直接用文摘菌提供的素材）
• 第三步：在终端运行 python faceAverage.py 这样就能看到制作成功的平均脸了！

具体实现步骤:

• 1.读入图 + 读入关键点信息 readPoints readImages
• 2.平均脸的眼角位置（这样其他脸，按照眼睛位置对齐） eyecornerDst
• 3.新的8个初始边界点 boundaryPts （为了后续做脸谱网络用的）
• 4.设置初始平均脸 pointsAvg （随便找个脸68个关键点 + 8个初始点）
• 5.根据眼睛位置，进行人脸初步对齐
• 6.计算初始平均脸的脸谱网络76点（calculateDelaunayTriangles）
• 7.根据脸谱网络二次人脸对齐 本案例中进行了两次对齐，眼睛对齐之后，通过Warp Triangles 再此对齐。