摘要： 人脸识别技术已经被广泛应用在众多场景中。今天我们将利用Docker容器在树莓派上快速打造一个人脸识别应用。
人脸识别技术已经被广泛应用在众多场景中。今天我们将利用Docker容器在树莓派上快速打造一个人脸识别应用。
本文使用 https://github.com/ageitgey/face_recognition 开源框架，基于 dlib (Deep Metric Learning) 支持人脸识别功能。dlib 在Labeled Faces in the Wild 测试基准上的准确率达到 99.38%。face_recognition的应用开发极为简单，只用几行 Python 命令行就可以轻松实现人脸识别应用，而且也提供了树莓派的支持。
在Raspberry Pi 2+ 平台安装face_recognition的指南如下
https://gist.github.com/ageitgey/1ac8dbe8572f3f533df6269dab35df65
树莓派是Geek们最爱的开发板，其原因就在于成熟的软件生态和丰富的I/O接口，然而在树莓派上搞深度学习应用开发并非易事
很多包需要下载编译，以孱弱的Raspberry Pi编译应用，需要极大的耐心。
然而开源的深度学习框架很多，不同类库的依赖不同，有些会互相冲突，比如有些需要Python 2.7，有些则依赖 3.x。虽然我们可以用virtualenv对Python环境进行隔离，但是对于一些系统级的依赖冲突就不好办了。在漫长构建中遇到依赖导致编译失败，让人非常有挫败感。
如果需要在另外一块板上部署相同应用，整个过程需要重新来过。
下面我们将利用Docker来构建打包应用镜像，这样可以一次构建到处运行，也可以充分利用Dockerfile自带的分层能力，可以方便地调整依赖包，这样在开发部署过程中格外高效。
树莓派上部署人脸识别应用
得益于树莓派和Docker安装部署人脸识别开发环境非常简单
在 Raspberry PI 3 安装最新的 Raspbian
执行如下命令安装最新的 Docker Engine 社区版
# Install Dockercurl -sSL https://get.docker.com|sh# Add pitoDocker groupsudo usermod pi -aG docker# config cgroupforDockerechoAdding" cgroup_enable=cpuset cgroup_enable=memory"to/boot/cmdline.txtsudocp/boot/cmdline.txt /boot/cmdline_backup.txt#ifyou encounter problems,trychanging cgroup_memory=1tocgroup_enable=memory.orig="$(head -n1 /boot/cmdline.txt) cgroup_enable=cpuset cgroup_memory=1"echo$orig | sudo tee /boot/cmdline.txtsudo reboot
安装 Raspberry Camera ，我用的是Camera Module2 注意蓝色胶带对着以太网接口方向。并通过 raspi-config命令来开启 camera 模块
在容器中开发、运行face_recognition应用，我们可以利用如下的命令来启动容器。其包含了face_recognition 的完整开发环境和示例应用。下文会介绍镜像的具体信息
docker run -it\--name face_recognition\--device /dev/vchiq\registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/denverdino/face_recognition\bash
其中关键之处就在于将摄像头设备/dev/vchiq挂载到容器内部，这样就可以让容器中的应用来拍摄照片和视频。
大家可以利用 docker cp 命令，向容器中拷贝文件，比如照片，或者在容器中利用 nano 等命令来编辑代码.
人脸识别应用解析
基于 examples/facerec_on_raspberry_pi.py 我修改了一个面部识别应用供参考，其实现如下：
# This is a demo of running face recognition on a Raspberry Pi.# This program will print out the names of anyone it recognizes to the console.# To run this, you need a Raspberry Pi 2 (or greater) with face_recognition and# the picamera[array] module installed.# You can follow this installation instructions to get your RPi set up:# https://gist.github.com/ageitgey/1ac8dbe8572f3f533df6269dab35df65importface_recognitionimportpicameraimportnumpy as npknown_face_encodings= []names= []def load_face_encoding(name, file_name):image= face_recognition.load_image_file(file_name)face_encoding= face_recognition.face_encodings(image)[0] known_face_encodings.append(face_encoding) names.append(name)# Get a reference to the Raspberry Pi camera.# If this fails, make sure you have a camera connected to the RPi and that you# enabled your camera in raspi-config and rebooted first.camera= picamera.PiCamera()camera.resolution= (320,240)output= np.empty((240,320,3),dtype=np.uint8)# Load a sample picture and learn how to recognize it.print("Loading known face image(s)")load_face_encoding("Yi Li","yili.jpg")load_face_encoding("Zhang Kai","zhangkai.jpg")load_face_encoding("Che Yang","cheyang.jpg")# Initialize some variablesface_locations= []face_encodings= []while True: print("Capturing image.")# Grab a single frame of video from the RPi camera as a numpy arraycamera.capture(output,format="rgb")# Find all the faces and face encodings in the current frame of videoface_locations= face_recognition.face_locations(output) print("Found {} faces in image.".format(len(face_locations)))face_encodings= face_recognition.face_encodings(output, face_locations)# Loop over each face found in the frame to see if it's someone we know.for face_encodinginface_encodings:# See if the face is a match for the known face(s)matches= face_recognition.face_distance(known_face_encodings, face_encoding)name=""min_distance= min(matches)ifmin_distance <0.6:i= matches.argmin()name= names[i] print("I see someone named {}!".format(name))
首先，代码中通过如下方法，加载指定人名的头像照片，您可以把自己、好基友的照片加入人脸库。
load_face_encoding("Yi Li","yili.jpg")
然后，摄像头持续拍摄照片，如下方法会检测到照片中的面部信息
face_locations = face_recognition.face_locations(output)...face_encodings = face_recognition.face_encodings(output, face_locations)
然后，对比面部信息和已知人脸信息的相似度，如果超过一个阈值，返回最为相近的同学名称，这样一个简单的人脸识别应用就完成了，是不是非常简单？
matches= face_recognition.face_distance(known_face_encodings, face_encoding)
运行的结果如下，
# python3 facerec_on_raspberry_pi.py Loading known faceimage(s)Found0facesinimage.Capturingimage.Found0facesinimage.Capturingimage.Found1facesinimage.I see someone named Yi Li!...
效果符合预期，但是受限于树莓派的处理能力，还远远达不到实时的效果，识别出人脸需要几秒的延迟。但是已经可以应用于一些简单的场景了，大家自己去开脑洞自己开发吧。
大家如果需要定制自己的人脸识别应用，可以从 https://github.com/denverdino/face_recognition_pi 获得相关的Dockerfile，来根据自己的需要构建一个完整的应用
FROMresin/raspberry-pi-python:3COPY pip.conf /root/.pip/pip.confRUN apt-get -y updateRUN apt-get install -y --fix-missing \
build-essential \
cmake \
gfortran \
git \
wget \
curl \
graphicsmagick \
libgraphicsmagick1-dev \
libatlas-dev \
libavcodec-dev \
libavformat-dev \
libboost-all-dev \
libgtk2.0-dev \
libjpeg-dev \
liblapack-dev \
libswscale-dev \
pkg-config \
python3-dev \
zip \
&& apt-get clean && rm -rf /tmp/* /var/tmp/*RUN python3 -m ensurepip --upgrade && pip3 install --upgrade picamera[array] dlib# The rest of this file just runs an example script.# If you wanted to use this Dockerfile to run your own app instead, maybe you would do this:# COPY . /root/your_app_or_whatever# RUN cd /root/your_app_or_whatever && \# pip3 install -r requirements.txt# RUN whatever_command_you_run_to_start_your_appRUNgitclone--single-branch https://github.com/ageitgey/face_recognition.gitRUNcd/face_recognition && \ pip3 install -r requirements.txt && \ python3 setup.py installCMDcd/face_recognition/examples && \ python3 recognize_faces_in_pictures.py
大家如果希望将自己应用打包到Docker镜像中，可以添加修改Dockerfile，我就不多说了。
最后来晒一下我的树莓派3配置，除了Camera之外还加装了一个液晶显示屏，通过GPIO驱动，可以方便地通过编程来显示CPU/Memory/温度等各种信息。
总结
容器技术已经越来越多运用于IoT、边缘计算等场景，利用容器可以极大地简化智能设备的应用生命周期管理。今天我们演示了一个运行在树莓派上的人脸识别应用。本文实例代码可以从 https://github.com/denverdino/face_recognition_pi 获取。
2017我们见证了容器技术的快速发展，Kubernetes，Containerd/OCI等容器技术标准得到了生态的共识，这也将催生更多的应用创新。2018我们不但可以看见容器在企业用户的生产环境中被广泛应用，容器技术也将无处不在，给我们更多的惊喜。
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