厉害了！浏览器都能做人脸检测了！

疯狂的技术宅

发布于 2019-03-28 11:10:35

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发布于 2019-03-28 11:10:35

文章被收录于专栏：京程一灯

Shape Detection API 的发布已经有一些时日，其主要的提供的能力是给予前端直接可用的特征检测的接口（包括条形码、人脸、文本检测）。本文将简单的对其进行介绍，对前端进行人脸检测进行普适性的讲解。（本文不讲算法～望轻拍）

1 背景与场景

人脸检测（Face Detection）算是老生常谈的课题了，在诸多行业应用广泛，例如金融、安防、电子商务、智能手机、娱乐图片等行业。其中涉及的技术也在不断的演变，下面简要介绍几种思路：

基于特征的人脸检测，例如opencv中内置了基于Viola-Jones目标检测框架的Harr分类器，只需要载入一个配置文件（haarcascade_frontalface_alt.xml）就能直接调用detectObject去完成检测过程，同时也支持其他特征的检测（如鼻子、嘴巴等）。

基于学习的人脸检测，其实也是需要通过算子提取的图像中的局部特征，通过对其进行分类、统计、回归等方式得到的具备更精确和快响应的分类器。

2 套路集锦

2.1 后端处理

前端通过网络将资源传输到后端，后端统一处理需要检测的图像或视频流，对后端的架构有一定的挑战，同时网络的延时往往不能给用户带来实时的交互效果。

2.2 客户端处理

得益于OpenCV在跨语言和跨平台的优势，客户端也能以较低的开发成本的提供人脸检测的能力，并且可以通过JsBridge等方式向web容器提供服务，然而一旦脱离这个容器，孤立的页面将失去这种能力。直到有一天……

2.3 开放服务

不知道从啥时候开始，云计算等概念拔地而起，计算的成本日益降低。各大研发团队（如阿里云、Face++）都蠢蠢欲动又不紧不慢的上架了人脸检测服务，甚至还带上了各种特！殊！服！务！，人脸识别、活体识别、证件OCR及人脸对比等等等。

尽管不仅提供了客户端的SDK以及前后端的API，但是，怎么说也要讲讲我纯前端的方案吧。

3 时代带来了什么

好吧，人脸识别在前端依然是在刀耕火种的远古时代，然而，我们的基础建设已经起步，希望后续的一些相关介绍能为各位看官带来一定的启发。

3.1 Shape Detection API

随着客户端硬件的计算能力逐渐提高，浏览器层面得到的权限也越来越多，由于图像处理需要耗费大量的计算资源，实际上浏览器上也能承担图像检测的一些工作，因此就搞出了个Shape Detection API。

以下几个简单的例子介绍了基本的用法，在尝试编辑并运行这些代码之前，请确保在你的Chrome版本以及该新特性已经被激活，另外该API受同源策略所限制：

chrome://flags/#enable-experimental-web-platform-features

条形码：Barcode Detection (For Chrome 56+)

var barcodeDetector = new BarcodeDetector();
barcodeDetector.detect(image)
  .then(barcodes => {
    barcodes.forEach(barcode => console.log(barcodes.rawValue))
  })
  .catch(err => console.error(err));

人脸：Face Detection (For Chrome 56+)

var faceDetector = new FaceDetector();
faceDetector.detect(image)
  .then(faces => faces.forEach(face => console.log(face)))
  .catch(err => console.error(err));

文本：Text Detection (For Chrome 58+)

var textDetector = new TextDetector();
textDetector.detect(image)
  .then(boundingBoxes => {    
    for(let box of boundingBoxes) {
    speechSynthesis.speak(new SpeechSynthesisUtterance(box.rawValue));
    }
  })
  .catch(err => console.error(err));

3.2 图像中的人脸检测

图像的人脸检测比较简单，只需要传入一个图片的元素，就能直接调起该API进行人脸识别了。然后接住canvas我们可以将检测的结果展示出来。

核心代码如下：

var image = document.querySelector('#image');
var canvas = document.querySelector('#canvas');
var ctx = canvas.getContext("2d");
var scale = 1;

image.onload = function () {
  ctx.drawImage(image,
                0, 0, image.width, image.height,    
                0, 0, canvas.width, canvas.height);

  scale = canvas.width / image.width;
};
function detect() {  
    if (window.FaceDetector == undefined) {    
        console.error('Face Detection not supported');    
        return;
    }  
    var faceDetector = new FaceDetector();  
    console.time('detect');  
    return faceDetector.detect(image)
    .then(faces => {      
    console.log(faces)      // Draw the faces on the <canvas>.
      var ctx = canvas.getContext("2d");
      ctx.lineWidth = 2;
      ctx.strokeStyle = "red";      
      for (var i = 0; i < faces.length; i++) {
        var item = faces[i].boundingBox;
        ctx.rect(Math.floor(item.x * scale),
        Math.floor(item.y * scale),
        Math.floor(item.width * scale),          
        Math.floor(item.height * scale));
        ctx.stroke();
      }      
      console.timeEnd('detect');
    })
    .catch((e) => {      
        console.error("Boo, Face Detection failed: " + e);
    });
}

3.3 视频中的人脸检测

视频中的人脸检测跟图像相差不大，通过getUserMedia 可以打开摄像头获取视频/麦克风的信息，通过将视频帧进行检测和展示，即可实现视频中的人脸检测。

核心代码如下：

navigator.mediaDevices.getUserMedia({    
    video: true,    // audio: true
  })
    .then(function (mediaStream) {
      video.src = window.URL.createObjectURL(mediaStream);
      video.onloadedmetadata = function (e) {        
        // Do something with the video here.
      };
    })
    .catch(function (error) {      
        console.log(error.name);
    });

  setInterval(function () {
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
    ctx.drawImage(video, 0, 0);
    image.src = canvas.toDataURL('image/png');
    image.onload = function() {
      detect();
    }
  }, 60);

3.4 时光倒流到没有API的日子

实际上，在很久很久以前，也有不少解决方案存在。由于硬件条件以及没有硬件加速等限制的情况，一直没有被广泛地投入生产。

tracking.js

tracking.js 是一款js封装的图像处理的库，为浏览器带来丰富的计算视觉相关的算法和技术，通过它可以实现颜色追踪、人脸检测等功能，具体特性如下：

jquery.facedetection

jquery.facedetection 是一款jquery / zepto 人脸检测插件，基于跨终端能力超强的ccv中的图像分类器和检测器。

2.5 Node.js & OpenCv

node-opencv 模块已经发布了有些年头，尽管目前还不能完美兼容v3.x，提供的API也比较有限，但能完美兼容opencv v2.4.x。N-API的到来可能会带来更多的惊喜。

设想一下在一个Electron或者Node-Webkit容器中，我们是否可以通过本地开启websocket服务来实现实时的人脸检测呢？实现的思路代码如下：

后端处理逻辑

import cv from 'opencv';
const detectConfigFile = './node_modules/opencv/data/haarcascade_frontalface_alt2.xml';// camera properties

const camWidth = 320;
const camHeight = 240;
const camFps = 10;
const camInterval = 1000 / camFps;// face detection properties

const rectColor = [0, 255, 0];
const rectThickness = 2;// initialize camera

const camera = new cv.VideoCapture(0);

camera.setWidth(camWidth);
camera.setHeight(camHeight);
const frameHandler = (err, im) => {  
    return new Promise((resolve, reject) => {    
        if (err) {      
            return reject(err);
    }
    im.detectObject(detectConfigFile, {}, (error, faces) => {
        if (error) {
            return reject(error);
      }
    let face;      
    for (let i = 0; i < faces.length; i++) {
        face = faces[i];
        im.rectangle([face.x, face.y], [face.width, face.height], rectColor, rectThickness);
      }      
    return resolve(im);
    });
  });
};

module.exports = function (socket) {  
    const frameSocketHanlder = (err, im) => {    
        return frameHandler(err, im)
        .then((img) => {
            socket.emit('frame', {          
                buffer: img.toBuffer(),
        });
      });
  };  
const handler = () => {
    camera.read(frameSocketHanlder);
  };
  setInterval(handler, camInterval);
};

前端调用接口

socket.on('frame', function (data) {  
    var unit8Arr = new Uint8Array(data.buffer);  
    var str = String.fromCharCode.apply(null, unit8Arr);  
    var base64String = btoa(str);
    img.onload = function () {
        ctx.drawImage(this, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
    }
    img.src = 'data:image/png;base64,' + base64String;
});