Qt音视频开发41-人脸识别嵌入式

一、前言

大概几年前搞过一套嵌入式linux上的人脸识别程序，当然人脸识别的核心算法并不是自己开发的，关于人脸识别算法这一块，虽然有众多的开源库可以用，甚至还可以用opencv搞算法训练深度学习之类的，个人认为始终达不到准确度的要求，尤其是人脸比对的准确度，这个需要专业的人脸训练模型才行。目前市面上绝大部分的人脸识别库提供的都是X86的或者安卓ios的库，并没有嵌入式linux的库，估计一方面因为嵌入式linux跑的板子性能比较低，还有一个就是依赖特定编译器，版本众多难以提供，市场也小，所以大部分的厂家都没有提供嵌入式linux的开发包，这个就比较鸡肋，所以很多终端厂家最终弃用linux而选用安卓作为载体系统，这样就可以用上高大上的人脸识别库了，比如萤火虫开发板，RK3288 RK3399等。

记得当时还特意搞了一整套的非常详细的通信协议，产品也初步成型，大概的设备有人脸识别终端、双目门禁、人工访客机、自助访客机、人脸比对服务器等，也试运行了一些小区，效果还行，不过在抗逆光和晚上的情况下效果不是很好，当然这是所有人脸识别设备的通病，必须依赖补光或者调整安装位置增加抗逆光摄像机来处理，这样一来对施工就有要求了增加了复杂度，设备成本也上来了，对于小终端厂商来说，这个要选择一个平衡点才行，只有用户愿意付出对应的成本才提供对应的版本。

通信方式及端口：

• 客户端和服务端等设备统一提供web访问修改配置，端口6660。
• 人工访客机客户端与人工访客机服务端通信采用TCP短连接，通信端口6661。
• 自助访客机客户端与自助访客机服务端通信采用TCP长连接，通信端口6661。
• 人脸识别比对数据库服务器采用TCP长连接，通信端口6662。
• 服务端与数据库服务器通信采用TCP长连接，通信端口6666。
• 数据库服务器下发人脸通行证数据采用TCP短连接，通信端口6667。
• 电脑PC端下发配置到双目门禁采用TCP短连接，通信端口6668。
• 双目门禁与数据库服务器通信采用TCP长连接，通信端口6669。
• 双目门禁电脑客户端升级通信采用TCP短连接，通信端口6670。
• 检测测试与手机app或者其他客户端通信采用TCP长连接，通信端口6671。

二、功能特点

1. 支持的功能包括人脸识别、人脸比对、人脸搜索、活体检测等。
2. 在线版还支持身份证、驾驶证、行驶证、银行卡等识别。
3. 在线版的协议支持百度、旷视，离线版的支持百度，可定制。
4. 除了支持X86架构，还支持嵌入式linux比如contex-A9、树莓派等。
5. 每个功能的执行除了返回结果还返回执行用时时间。
6. 多线程处理，通过type控制当前处理类型。
7. 支持单张图片检索相似度最高的图片。
8. 支持指定目录图片用来生成人脸特征值文件。
9. 可设置等待处理图片队列中的数量。
10. 每次执行都有成功或者失败的信号返回。
11. 人脸搜索的返回结果包含了原图+最大相似度图+相似度等。
12. 人脸比对同时支持两张图片和两个特征值比对。
13. 相关功能自定义一套协议用于客户端和服务端，可以通过TCP通信进行交互。
14. 自定义人脸识别协议非常适用于中心一台服务器，现场若干设备请求的场景。
15. 每个模块全部是独立的一个类，代码整洁、注释完善。

三、效果图

video_face4.gif

四、相关站点

1. 国内站点：https://gitee.com/feiyangqingyun/QWidgetDemo
2. 国际站点：https://github.com/feiyangqingyun/QWidgetDemo
3. 个人主页：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun
4. 知乎主页：https://www.zhihu.com/people/feiyangqingyun/
5. 体验地址：https://blog.csdn.net/feiyangqingyun/article/details/97565652

五、核心代码

void FaceLocalArm::imgToBgr(const QImage &img, quint8 *bgr, int w, int h)
{
    for (int i = 0; i < h; ++i) {
        const quint8 *scanline = img.scanLine(i);
        for (int j = 0; j < w; ++j) {
            *bgr++ = scanline[j * 3 + 0];
            *bgr++ = scanline[j * 3 + 1];
            *bgr++ = scanline[j * 3 + 2];
        }
    }
}

void FaceLocalArm::bgrToYuv(quint8 *yuv, const quint8 *bgr, int w, int h)
{
    int b, g, r;
    for (int i = 0; i < w * h; ++i) {
        b = bgr[3 * i + 0];
        g = bgr[3 * i + 1];
        r = bgr[3 * i + 2];
        yuv[i] = (quint8)((r * 30 + g * 59 + b * 11 + 50) / 100);
    }
}

void FaceLocalArm::init()
{
    //如果已经正常则无需初始化
    if (isOk) {
        return;
    }
#ifdef __arm__
    int res = CRface::FaceDetect_Init_ColorReco(sdkPath.toStdString());
    if (res != 1) {
        qDebug() << TIMEMS << QString("FaceDetect_Init_ColorReco error: %1").arg(res);
    } else {
        qDebug() << TIMEMS << "FaceDetect_Init_ColorReco ok";
        res = CRface::FaceReco_Init_ColorReco(sdkPath.toStdString());
        if (res != 1) {
            qDebug() << TIMEMS << QString("FaceReco_Init_ColorReco error: %1").arg(res);
        } else {
            isOk = true;
            qDebug() << TIMEMS << "FaceReco_Init_ColorReco ok";
        }
    }

    emit sdkInitFinsh(isOk);
#endif
}

bool FaceLocalArm::getFaceRect(const QString &flag, const QImage &img, QRect &rect, int &msec)
{
    if (!isOk) {
        return false;
    }
#ifdef __arm__
    //qDebug() << TIMEMS << flag << "getFaceRect";

    QTime time;
    if (countTime) {
        time.start();
    }

    int w = img.width();
    int h = img.height();

    //这里有隐患,如果图片像素特别大会崩溃,应该改为quint8 *bgr=(quint8 *)calloc(w * h * 3, 1);然后后面free(bgr);
    quint8 yuv[w * h];
    quint8 bgr[w * h * 3];
    imgToBgr(img, bgr, w, h);

    int facebox[32 * 5];
    bgrToYuv(yuv, bgr, w, h);
    facebox[0] = 0;
    int result = 0;
    if (findFast) {
        result = CRface::FaceDetect_Fast_ColorReco(yuv, w, h, facebox, true);
    } else {
        result = CRface::FaceDetect_Normal_ColorReco(yuv, w, h, facebox, true, w / percent);
    }

    if (result == 1) {
        rect = QRect(facebox[1], facebox[2], facebox[3], facebox[4]);
        msec = getTime(time);
        return true;
    }
#endif
    return false;
}

bool FaceLocalArm::getFaceFeature(const QString &flag, const QImage &img, QList<float> &feature, int &msec)
{
    if (!isOk) {
        return false;
    }
#ifdef __arm__
    //qDebug() << TIMEMS << flag << "getFaceFeature" << img.width() << img.height() << img.size();

    QTime time;
    if (countTime) {
        time.start();
    }

    int w = img.width();
    int h = img.height();

    //这里有隐患,如果图片像素特别大会崩溃,应该改为quint8 *bgr=(quint8 *)calloc(w * h * 3, 1);然后后面free(bgr);
    quint8 yuv[w * h];
    quint8 bgr[w * h * 3];
    imgToBgr(img, bgr, w, h);

    int facebox[32 * 5];
    bgrToYuv(yuv, bgr, w, h);
    facebox[0] = 0;
    int result = 0;
    if (findFast) {
        result = CRface::FaceDetect_Fast_ColorReco(yuv, w, h, facebox, true);
    } else {
        result = CRface::FaceDetect_Normal_ColorReco(yuv, w, h, facebox, true, w / percent);
    }

    if (result == 1) {
        QRect rect = QRect(facebox[1], facebox[2], facebox[3], facebox[4]);
        msec = getTime(time);
        emit receiveFaceRect(flag, rect, msec);

        float fea[256];
        int result = CRface::FaceReco_Extract_ColorReco(bgr, w, h, facebox + 1, fea);

        if (result == 256) {
            feature.clear();
            for (int i = 0; i < 256; i++) {
                feature.append(fea[i]);
            }

            msec = getTime(time);
            return true;
        }
    } else {
        emit receiveFaceRectFail(flag);
    }
#endif
    return false;
}

float FaceLocalArm::getFaceCompare(const QString &flag, const QList<float> &feature1, const QList<float> &feature2)
{
    if (!isOk) {
        return 0;
    }
#ifdef __arm__
    //qDebug() << TIMEMS << flag << "getFaceCompareXXX";

    float fea1[256], fea2[256];
    for (int i = 0; i < 256; i++) {
        fea1[i] = feature1.at(i);
        fea2[i] = feature2.at(i);
    }

    float result = CRface::FaceReco_Match_ColorReco(fea1, fea2);
    result = result * 100;
    //过滤非法的值
    result = result > 100 ? 0 : result;
    return result;
#endif

    return 0;
}