讓虛谷號認識你的朋友

于方軍 宋道星

人工智能有兩個重要的應用領域：語音識別和人臉識別。人臉識別屬于計算機視覺的范疇，早期，人們的主要研究方向是人臉識別，即根據人臉來識別人物身份，后來，在復雜背景下的人臉檢測需求越來越大，人臉檢測也逐漸作為一個單獨的研究方向發展起來。本文介紹的是使用百度AI開放平臺的免費人臉對比功能來實現的人臉識別的搭建，用開源的OpenCV進行人臉檢測：攝像頭拍攝后檢測到人臉，把拍攝到的人臉圖像上傳到百度，和保存在文件夾中的已知人臉對比，如果相似度大于百分之五十，就把已知人臉的文件名加到攝像頭拍攝到的人臉圖像上，進而識別出人臉。

課程設計的思路

本課例的設計步驟以體驗為主，重點介紹基于開源OpenCV的人臉檢測工作的過程，即先搜索到圖片中的人臉，然后借助百度AI的免費人臉對比功能，使學生較好地理解人臉識別的實現原理，從而啟發學生發揮創意，開發屬于自己的人工智能作品。

教學過程主要體現了函數層面的模塊化教學，通過將功能封裝成函數，再調用函數的方法，引導學生理解人臉檢測和識別的過程。

環境配置

虛谷號的固件已經預裝了OpenCV，可以直接運行，上頁圖1是OpenCV在虛谷號中的安裝位置（/usr/local/share/OpenCV）。

1.攝像頭管理

OpenCV是使用cv2.VideoCapture（0）創建視頻捕獲的對象，參數0為默認攝像頭，虛谷號外接的USB攝像頭也設置為0。然后，打開一個mycamera窗口顯示攝像頭捕捉的幀，用條件循環捕捉幀，按下Esc鍵（鍵值是27），保存當前幀為圖片faceme.jpg，上頁圖2是通過攝像頭捕捉圖像的程序。

2.人臉檢測

人臉有著共同的特征，如與臉頰相比眼部顏色較深，與眼睛相比鼻梁區域較為明亮，眼睛、嘴巴、鼻子的位置較為固定等，這些特征稱為Haar特征。OpenCV利用級聯分類器做人臉檢測，支持類Haar特征，并自帶了訓練器和檢測器，這里介紹的XML文件，就是OpenCV自帶的檢測器。在OpenCV 3的庫文件中還會包含一個文件夾haarcascades，在虛谷號上的路徑為：/usr/local/shanre/OpenCV/haarcascades。在這個文件夾下包含了OpenCV的人臉檢測的XML文件，這些文件可用于檢測靜止圖像、視頻和攝像頭中的人臉圖像。這些XML文件，就是OpenCV在GitHub上共享出來的具有普適性的訓練好的數據，可以直接拿來使用。圖3是在攝像頭管理程序基礎上又加了人臉檢測的Python程序。

然后，在讀取攝像頭幀數據后，通過face_cascade=cv2.CascadeClassifier（'./FaceRecognition/haarcascade_frontalface_default.xml'）加載人臉檢測器。其中，FaceRecognition的文件夾用來存放OpenCV源文件里面檢測人臉的XML文件，并和主程序放在同一個文件夾里方便使用。接著，進行如下步驟：

①gray=cv2.cvtColor（frame， cv2.COLOR_BGR2GRAY），彩色圖片變成灰度圖片，簡化圖像的信息。

②faces=face_cascade.detectMultiScale（gray， 1.3， 5），檢測人臉，調整函數的參數可以使檢測結果更加精確。

③for（x， y， w， h） in faces：img=cv2.rectangle（frame， （x， y）， （x + w， y + h）， （255， 255， 0），在檢測到的人臉上畫出方形。

3.人臉識別

進行人臉識別，首先要前往百度AI開放平臺申請開發者賬號，進入人臉識別控制臺創建一個新的應用，并記下自己的AppID、API Key和Secret Key。接著，在程序所在的文件夾建立一個FaceFile的文件夾用來存放已知人臉的圖片，圖片文件名為圖片人臉的真實名稱，如yu.jpg。上頁圖4是將兩張圖片上傳到百度AI開放平臺的操作函數，會被后續的主函數調用。最后，通過result=Mactch（'faceMe.jpg'，tag）把攝像頭采集的圖片，和FaceFile文件夾中的保存圖片對比。

用識別結果控制舵機制作智能門鎖

用虛谷號完成對舵機的控制，首先要導入虛谷庫，并做相應的設置。這里設置為用虛谷號12腳控制舵機。識別出是人臉文件夾中的熟人，控制舵機轉動一個角度，打開門5秒鐘，5秒鐘后關上門，具體程序如圖5、圖6所示。

基于虛谷號的人臉識別可以開發的功能豐富，既可以從小處著手，開發小型的適合一個學生獨立完成的項目，也可以開發比較大型的適合團隊完成的項目。在本課例中，可以使用虛谷號完成人臉識別的智能門鎖，也可以開發人臉識別的簽到系統，在完成作品的同時，不只是學習人工智能的應用技術，更重要的是在教育活動中融入了創客精神和內涵，培養學生的創新意識和實踐能力，這也正是虛谷號的初心與堅持所在。