Keras搭建CNN进行人脸识别系列(四)--为模型训练准备人脸数据

       机器学习最本质的地方就是基于海量数据统计的学习，说白了，机器学习其实就是在模拟人类儿童的学习行为。举一个简单的例子，成年人并没有主动教孩子学习语言，但随着孩子慢慢长大，自然而然就学会了说话。那么孩子们是怎么学会的呢？很简单，在人类出生之前，有了听觉开始，就开始不断听到各种声音。人类的大脑会自动组织、分类这些不同的声音，形成自己的认识。随着时间的推移，大脑接收到的声音数据越来越多。最终，大脑利用一种我们目前尚未知晓的机制建立了一个成熟、可靠的声音分类模型，于是孩子们学会了说话。机器学习也是如此，要想识别出这张人脸属于谁，我们同样需要大量的本人和其他人的人脸数据，然后将这些数据输入Tensorflow这样的深度学习（深度学习指的是深度神经网络学习，乃机器学习分支之一）框架，利用深度学习框架建立属于我们自己的人脸分类模型。只要数据量足够，分类准确率就能提高到足以满足我们需求的级别。

        日本程序员提供的源码利用了keras这个深度学习库来训练自己的人脸识别模型。keras是一个上层的神经网络学习库，纯python编写，被集成进了Tensorflow和Theano这样的深度学习框架。其存在的目的就是简化开发复杂度，能够让你迅速出产品，更关键的是，keras有中文文档；），有兴趣的请点这里：​​keras中文文档​​。由于我的机器已经安装了Tensorflow，因此我直接使用了keras的Tensorflow版。同时，为了验证其它深度学习库的效率和准确率，当然也为了满足我的好奇心，我还使用了Theano，利用CNN——卷积神经网络来训练我的人脸识别模型。我会在接下来的几节讲述这些内容，本节专注把训练数据准备好。

        首先，我们需要大量自己的脸部图片，怎么获取呢？很简单，利用前两节讲到的知识就可以了，我们只是在前面代码的基础上增加脸部图像存储功能即可，先把完整代码贴出来：

# -*- coding: utf-8 -*-

import cv2
import sys

from PIL import Image


def CatchPICFromVideo(window_name, camera_idx, catch_pic_num, path_name):
    cv2.namedWindow(window_name)

    # 视频来源，可以来自一段已存好的视频，也可以直接来自USB摄像头
    cap = cv2.VideoCapture(camera_idx)

    # 告诉OpenCV使用人脸识别分类器
    classfier = cv2.CascadeClassifier("haarcascade_frontalface_alt2.xml")

    # 识别出人脸后要画的边框的颜色，RGB格式
    color = (0, 255, 0)

    num = 0
    while cap.isOpened():
        ok, frame = cap.read()  # 读取一帧数据
        if not ok:
            break

        grey = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  # 将当前桢图像转换成灰度图像

        # 人脸检测，1.2和2分别为图片缩放比例和需要检测的有效点数
        faceRects = classfier.detectMultiScale(grey, scaleFactor=1.2, minNeighbors=3, minSize=(32, 32))
        if len(faceRects) > 0:  # 大于0则检测到人脸
            for faceRect in faceRects:  # 单独框出每一张人脸
                x, y, w, h = faceRect

                # 将当前帧保存为图片
                img_name = '%s/%d.jpg' % (path_name, num)
                image = frame[y - 10: y + h + 10, x - 10: x + w + 10]
                cv2.imwrite(img_name, image)

                num += 1
                if num > (catch_pic_num):  # 如果超过指定最大保存数量退出循环
                    break

                # 画出矩形框
                cv2.rectangle(frame, (x - 10, y - 10), (x + w + 10, y + h + 10), color, 2)

                # 显示当前捕捉到了多少人脸图片了，这样站在那里被拍摄时心里有个数，不用两眼一抹黑傻等着
                font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
                cv2.putText(frame, 'num:%d' % (num), (x + 30, y + 30), font, 1, (255, 0, 255), 4)

                # 超过指定最大保存数量结束程序
        if num > (catch_pic_num): break

        # 显示图像
        cv2.imshow(window_name, frame)
        c = cv2.waitKey(10)
        if c & 0xFF == ord('q'):
            break

            # 释放摄像头并销毁所有窗口
    cap.release()
    cv2.destroyAllWindows()


if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) != 4:
        print("Usage:%s camera_id face_num_max path_name\r\n" % (sys.argv[0]))
    else:
        CatchPICFromVideo("截取人脸", int(sys.argv[1]), int(sys.argv[2]), sys.argv[3])

在shell上执行命令：

python3 SamplesCollection.py 0 500 'data\LJZ'

这里我们每一个数据集有500张图片，用人名来命名文件夹，并且利用文件夹的路径定为每张样本图片的label。

LJZ文件夹一共有500张图片，如上图所示！

这是data文件夹下面的三个子文件夹，各有500张图片。