目錄

1、專案背景

2、頁面設計

3、器官識別

4、退出系統

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1、專案背景

2019年新型冠狀病毒感染的肺炎疫情發生以來，牽動人心，舉國哀痛，口罩、酒精、消毒液奇貨可居。

搶不到口罩，怎麼辦？作為技術人今天分享如何使用Python實現自動戴口罩系統，來安慰自己，系統效果如下所示：

本系統的實現原理是藉助 Dlib模組的Landmark人臉68個關鍵點檢測庫輕鬆識別出人臉五官資料，根據這些資料，確定嘴脣部分的位置資料（48點~67點位置），根據檢測到嘴部的尺寸和方向，藉助PLL模組調整口罩的尺寸和方向，實現將口罩放在影象的適當位置。

2、頁面設計

 基於tkinter模組實現GUI設計，可載入人物影象，選擇四種型別口罩（這裡的口罩是處理好的圖片），展示佩戴好口罩的效果，操作完成退出系統，效果如下所示：

頁面佈局實現程式碼如下所示：

    def __init__(self):
        self.root = tk.Tk()
        self.root.title('基於Pyhon的人臉自動戴口罩系統')
        self.root.geometry('1200x500')

        self.path1_ = None
        self.path2_ = None
        self.seg_img_path = None
        self.mask = None
        self.label_Img_seg = None

        decoration = PIL.Image.open('./pic/bg.png').resize((1200, 500))
        render = ImageTk.PhotoImage(decoration)
        img = tk.Label(image=render)
        img.image = render
        img.place(x=0, y=0)

        # 原圖1的展示
        tk.Button(self.root, text="開啟頭像", command=self.show_original1_pic).place(x=50, y=120)
        tk.Button(self.root, text="退出軟體", command=quit).place(x=900, y=40)

        tk.Label(self.root, text="頭像", font=10).place(x=280, y=120)
        self.cv_orinial1 = tk.Canvas(self.root, bg='white', width=270, height=270)
        self.cv_orinial1.create_rectangle(8, 8, 260, 260, width=1, outline='red')
        self.cv_orinial1.place(x=180, y=150)
        self.label_Img_original1 = tk.Label(self.root)
        self.label_Img_original1.place(x=180, y=150)

        tk.Label(self.root,text="選擇口罩",font=10).place(x=600,y=120)

        first_pic = Image.open("./pic/Mask.png")
        first_pic = first_pic.resize((60, 60), Image.ANTIALIAS)
        first_pic = ImageTk.PhotoImage(first_pic)
        self.first = tk.Label(self.root, image=first_pic)
        self.first.place(x=600,y=160, width=60, height=60)
        self.first.bind("<Button-1>", self.mask0)

        second_pic = Image.open("./pic/Mask1.png")
        second_pic = second_pic.resize((60, 60), Image.ANTIALIAS)
        second_pic = ImageTk.PhotoImage(second_pic)
        self.second_pic = tk.Label(self.root, image=second_pic)
        self.second_pic.place(x=600, y=230, width=60, height=60)
        self.second_pic.bind("<Button-1>", self.mask1)

        third_pic = Image.open("./pic/Mask3.png")
        third_pic = third_pic.resize((60, 60), Image.ANTIALIAS)
        third_pic = ImageTk.PhotoImage(third_pic)
        self.third_pic = tk.Label(self.root, image=third_pic)
        self.third_pic.place(x=600, y=300, width=60, height=60)
        self.third_pic.bind("<Button-1>", self.mask3)

        forth_pic = Image.open("./pic/Mask4.png")
        forth_pic = forth_pic.resize((60, 60), Image.ANTIALIAS)
        forth_pic = ImageTk.PhotoImage(forth_pic)
        self.forth_pic = tk.Label(self.root, image=forth_pic)
        self.forth_pic.place(x=600, y=370, width=60, height=60)
        self.forth_pic.bind("<Button-1>", self.mask4)

        tk.Label(self.root, text="佩戴效果", font=10).place(x=920, y=120)
        self.cv_seg = tk.Canvas(self.root, bg='white', width=270, height=270)
        self.cv_seg.create_rectangle(8, 8, 260, 260, width=1, outline='red')
        self.cv_seg.place(x=820, y=150)
        self.label_Img_seg = tk.Label(self.root)
        self.label_Img_seg.place(x=820, y=150)

        self.root.mainloop()

載入人物影象，實現程式碼如下所示：

    # 原圖1展示
    def show_original1_pic(self):
        self.path1_ = askopenfilename(title='選擇檔案')
        print(self.path1_)
        self.Img = PIL.Image.open(r'{}'.format(self.path1_))
        Img = self.Img.resize((270,270),PIL.Image.ANTIALIAS)   # 調整圖片大小至256x256
        img_png_original = ImageTk.PhotoImage(Img)
        self.label_Img_original1.config(image=img_png_original)
        self.label_Img_original1.image = img_png_original  # keep a reference
        self.cv_orinial1.create_image(5, 5,anchor='nw', image=img_png_original)

人臉戴口罩展示，實現程式碼如下所示：

    # 人臉戴口罩效果展示
    def show_morpher_pic(self):
        img1 = cv2.imread(self.path1_)
        x_min, x_max, y_min, y_max, size = self.get_mouth(img1)
        adding = self.mask.resize(size)
        im = Image.fromarray(img1[:, :, ::-1])  # 切換RGB格式
        # 在合適位置新增頭髮圖片
        im.paste(adding, (int(x_min), int(y_min)), adding)
        # im.show()
        save_path = self.path1_.split('.')[0]+'_result.jpg'
        im.save(save_path)
        Img = im.resize((270, 270), PIL.Image.ANTIALIAS)  # 調整圖片大小至270x270
        img_png_seg = ImageTk.PhotoImage(Img)
        self.label_Img_seg.config(image=img_png_seg)
        self.label_Img_seg.image = img_png_seg  # keep a reference

匯入四種口罩影象，實現程式碼如下所示：

    def mask0(self, event):
        self.mask = Image.open('pic/mask.png')
        self.show_morpher_pic()

    def mask1(self, event):
        self.mask = Image.open('pic/mask1.png')
        self.show_morpher_pic()

    def mask3(self, event):
        self.mask = Image.open('pic/mask3.png')
        self.show_morpher_pic()

    def mask4(self, event):
        self.mask = Image.open('pic/mask4.png')
        self.show_morpher_pic()

3、器官識別

頁面功能實現後就是依託Dlib庫實現人臉器官關鍵點的識別，分析出嘴部位置及尺寸，這裡為了方便各位直觀瞭解，寫了一個測試Demo，將人物臉部關鍵點都顯示出來，程式碼如下所示：

#coding=utf-8
#圖片檢測 - Dlib版本
import cv2
import dlib
import time
t=time.time()
path = "./pic/im.jpg"
img = cv2.imread(path)
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

#人臉分類器
detector = dlib.get_frontal_face_detector()
# 獲取人臉檢測器
predictor = dlib.shape_predictor(
    "./shape_predictor_68_face_landmarks.dat"
)

dets = detector(gray, 1)
for face in dets:
    shape = predictor(img, face)  # 尋找人臉的68個標定點
    # 遍歷所有點，列印出其座標，並圈出來
    for pt in shape.parts():
        pt_pos = (pt.x, pt.y)
        cv2.circle(img, pt_pos, 1, (0, 255, 0), 2)
    cv2.imshow("image", img)
print('所用時間為{}'.format(time.time()-t))
cv2.waitKey(0)
#cv2.destroyAllWindows()
time.sleep(5)

效果如下所示： 

在本系統中這些關鍵點無需繪製顯示，直接使用就可以，實現程式碼如下所示：

    def get_mouth(self, img):
        img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        detector = dlib.get_frontal_face_detector()
        predictor = dlib.shape_predictor('./shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
        faces = detector(img_gray, 0)
        for k, d in enumerate(faces):
            x = []
            y = []
            # 人臉大小的高度
            height = d.bottom() - d.top()
            # 人臉大小的寬度
            width = d.right() - d.left()
            shape = predictor(img_gray, d)
            # 48-67 為嘴脣部分
            for i in range(48, 68):
                x.append(shape.part(i).x)
                y.append(shape.part(i).y)
            # 根據人臉的大小擴大嘴脣對應口罩的區域
            y_max = (int)(max(y) + height / 3)
            y_min = (int)(min(y) - height / 3)
            x_max = (int)(max(x) + width / 3)
            x_min = (int)(min(x) - width / 3)
            size = ((x_max - x_min), (y_max - y_min))
            return x_min, x_max, y_min, y_max, size

4、退出系統

退出系統非常簡單，一行Demo即可實現，如下所示：

    def quit(self):
        self.root.destroy()

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