Pytorch 深度学习实战教程（六）：仝卓自爆，快本打码。
Pytorch 深度学习实战教程（六）：仝卓自爆，快本打码。
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一、人脸识别
人脸识别是一门比较成熟的技术。
它的身影随处可见，刷脸支付，信息审核，监控搜索，人脸打码等。
更多的时候，它是方便了我们的生活，足不出户，就可以实现各种 APP 的实名认证，信息审核。
一些公司，也都有对内部员工开放的刷脸支付系统，不用带手机，不用带工卡，带着一张或美丽或帅气的脸庞，就可以在公司内部「买买买，刷刷刷」。
二、人脸打码
除了这些常规操作，还可以对视频里的特定人物进行打码。
仝卓自爆高考作弊，可谓＂教科书＂级别的＂仝＂归于尽的坑爹教程。
为避免风险，《快乐大本营》反应迅速，对仝卓出现的画面进行了打码处理。
这「任性」的打码方式，简单粗暴。
对于视频，人工后期的逐帧处理，打码任务无疑是个「体力活」。
但如果结合脸识别技术，那这个任务就会简单很多。
本文从原理出发，讲解人脸识别技术的视频打码应用。
过滤视频的敏感人物，就这么简单！
三、人脸识别技术
人脸识别技术包涵了多种算法，整个流程大致如下：
- 使用检测技术，检测出人脸位置。
- 使用 landmark 技术，检测出人脸关键点。
- 根据人脸位置和人脸关键点，裁剪出人脸区域，并根据关键点将人脸图片进行矫正，得到「标准脸」。
- 计算「标准脸」的人脸特征向量。
- 与「人脸库」的人脸特征向量比对，计算向量的距离，找到最接近的人，输出人脸识别结果。
1、人脸检测
输入：原始的可能含有人脸的图像。
输出：人脸位置的 bounding box。
这一步一般我们称之为“人脸检测”（Face Detection），人脸检测算法，可以使用的库有很多，例如 OpenCV、dlib、face_recognition、RetianFace、CenterFace 等等。
太多了，数不过来。
当然，自己用 yolo 、ssd 这类经典的检测算法，自己实现一个也是可以的。
2、人脸裁剪及矫正
输入：原始图像 + 人脸位置 bounding box。
输出：“校准”过的只含有人脸的图像。
这一步需要使用 landmark 算法，检测人脸中的关键点，然后根据这些关键点对人脸做对齐校准。
所谓的关键点，就是下图所示的绿色的点，通常是眼角的位置、鼻子的位置、脸的轮廓点等等。
有了这些关键点后，我们就可以把人脸“校准”，或者说是“对齐”。
解释就是原先人脸可能比较歪，这里根据关键点，使用仿射变换将人脸统一“摆正”，尽量去消除姿势不同带来的误差。这一步我们一般叫 Face Alignment 。
3、人脸特征
输入：校准后的单张人脸图像。
输出：一个向量表示。
这一步就是使用深度卷积网络，将输入的人脸图像，转换成一个向量的表示。这个向量就是人脸的特征，例如：
这密密麻麻的 128 维的向量，就是一张人脸的特征，你也可以叫做人脸的编码。
提取特征这种事，卷积神经网络很在行。
举个例子，VGG16 是深度学习中一个比较简单的基本模型。
输入卷积神经网络的是图像，经过一系列卷积后，全连接分类得到类别概率。
整个过程是这样的：
其实，卷积神经网络不断的进行卷积，下采样，这就是一个提取特征的过程，最后通过全链接层得到类别概率。
人脸特征提取，我们也可以这么操作。我们可以去掉全连接层，用计算的特征（一般就是卷积层的最后一层，e.g. 图中的conv5_3）来当作提取的特征进行计算。
与分类任务不同的是，最后使用的 loss 损失函数是不同的。
在理想的状况下，我们希望“向量表示”之间的距离就可以直接反映人脸的相似度：
- 对于同一个人的人脸图像，对应的向量的欧几里得距离应该比较小。
- 对于不同人的人脸图像，对应的向量之间的欧几里得距离应该比较大。
所以，每个人脸的类别中心，应该尽可能远一些，这样才能用于区别不同的人。
人脸常用的 loss 有 center loss 、 arcface loss 等。
人脸识别类似于，细粒度的分类。
训练过分类任务的，应该都知道。
训练人和猪的二分类，很好训练，因为人和猪的特征差别很明显。
但训练男人和女人的二分类，就要难一些，因为男人和女人的特征很相近。
为了更好区分男人和女人，就需要使用类别中心间距大的损失函数。
人脸识别，更是一种细粒度的区分，都是人，但你要区分出张三、李四、王二麻。
4、人脸识别
人脸识别，一般是需要建立一个「检索库」。
简单解释一下，我们要识别张三、李四、王二麻。
那么，我们就要选张三、李四、王二麻每个人的 10 张（自己定）图片。
然后使用我们训练好的人脸特征模型，提取每个人的人脸特征。
这样每个人，就都有 10 个人脸特征了，这就是一个「检索库」。
需要识别的图片，提取人脸特征后，依次与检索库已有的人脸特征去比对，投票选出最接近的人。
四、人脸打码
人脸识别技术原理清楚了，我们就可以使用这个技术，给仝卓打码。
可以看到，人脸识别技术涉及到的算法较多，自己依次实现是需要时间的。
但这，难不倒身为优秀「调包侠」的我。
开源的第三方库有很多，比如 face_recognition。
里面集成了人脸检测、人脸识别等接口。
我们先看下今天的任务（打开链接观看视频）：
https://cuijiahua.com/wp-content/uploads/2020/07/cut.mp4
使用人脸识别技术，对这一小段视频，给仝卓的人脸进行打码。
整理一下思路：
首先，我们使用 opencv 这类的程序处理视频，只能处理画面，不能处理声音。
所以，需要先将音频保存，再将处理好的视频和音频进行合成，这样既保证了画面打码，又保证了声音还在。
这块可以使用 ffmpeg 实现。
安装好 ffmpeg 并配置好环境变量。
ffmpeg 下载地址：https://ffmpeg.zeranoe.com/builds/
编写如下代码：
import subprocess
import os
from PIL import Image
def video2mp3(file_name):
"""
将视频转为音频
:param file_name: 传入视频文件的路径
:return:
"""
outfile_name = file_name.split('.')[0] + '.mp3'
cmd = 'ffmpeg -i ' + file_name + ' -f mp3 ' + outfile_name
subprocess.call(cmd, shell=True)
def video_add_mp3(file_name, mp3_file):
"""
视频添加音频
:param file_name: 传入视频文件的路径
:param mp3_file: 传入音频文件的路径
:return:
"""
outfile_name = file_name.split('.')[0] + '-f.mp4'
subprocess.call('ffmpeg -i ' + file_name
+ ' -i ' + mp3_file + ' -strict -2 -f mp4 '
+ outfile_name, shell=True)视频转音频，视频加音频的函数写好了，接下来，我们写视频自动打码的程序。
首先，安装 face_recognition。
python -m pip install face_recognitionface_recognition 有详细的 API 文档：
https://face-recognition.readthedocs.io/en/latest/face_recognition.html
我们先将要处理的视频保存到本地：
https://cuijiahua.com/wp-content/uploads/2020/07/cut.mp4
然后就可以使用 opencv 读取视频检测画面的每一张人脸。
import cv2
import face_recognition
import matplotlib.pyplot as plt
# %matplotlib inline # 在 jupyter 中使用的时候，去掉注释
cap = cv2.VideoCapture('cut.mp4')
ret, frame = cap.read()
if ret:
face_locations = face_recognition.face_locations(frame)
for (top_right_y, top_right_x, left_bottom_y,left_bottom_x) in face_locations:
cv2.rectangle(frame, (left_bottom_x,top_right_y), (top_right_x, left_bottom_y), (0, 0, 255), 10)
plt.imshow(cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_RGB2BGR))
plt.show()运行效果：
这样，对画面中检测到的每张人脸，进行人脸识别，是仝卓，那就打码。
打码图片，咱也用个简单粗暴的。
打码图片下载地址：
https://cuijiahua.com/wp-content/uploads/2020/07/mask.jpg
将 mask.jpg 保存到本地。
再截取一张仝卓的人脸图片，作为对比库，当然多张也是可以的，这里用一张就够了。
我们选择这张图片，图片下载地址：
https://cuijiahua.com/wp-content/uploads/2020/07/tz.jpg
将图片下载到本地，编写如下代码，就可以提取人脸的特征。
import face_recognition
known_image = face_recognition.load_image_file("tz.jpg")
biden_encoding = face_recognition.face_encodings(known_image)[0]
print(biden_encoding)运行结果：
可以看到使用几行代码，就可以提取 128 维的人脸特征。
整体流程是：
- 使用 ffmpeg 保存音频
- 处理视频，给仝卓打码。
- 为处理好的视频添加音频。
直接看代码。
# Author : Jack Cui
# Website: https://cuijiahua.com/
import cv2
import face_recognition
import matplotlib.pyplot as plt
# %matplotlib inline # 在 jupyter 中使用的时候，去掉注释
import subprocess
import os
from PIL import Image
def video2mp3(file_name):
"""
将视频转为音频
:param file_name: 传入视频文件的路径
:return:
"""
outfile_name = file_name.split('.')[0] + '.mp3'
cmd = 'ffmpeg -i ' + file_name + ' -f mp3 ' + outfile_name
print(cmd)
subprocess.call(cmd, shell=True)
def video_add_mp3(file_name, mp3_file):
"""
视频添加音频
:param file_name: 传入视频文件的路径
:param mp3_file: 传入音频文件的路径
:return:
"""
outfile_name = file_name.split('.')[0] + '-f.mp4'
subprocess.call('ffmpeg -i ' + file_name
+ ' -i ' + mp3_file + ' -strict -2 -f mp4 '
+ outfile_name, shell=True)
def mask_video(input_video, output_video, mask_path='mask.jpg'):
# 打码图片
mask = cv2.imread(mask_path)
# 读取视频
cap = cv2.VideoCapture(input_video)
# 读取视频参数,fps、width、heigth
CV_CAP_PROP_FPS = 5
CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH = 3
CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT = 4
v_fps = cap.get(CV_CAP_PROP_FPS)
v_width = cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH)
v_height = cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)
# 设置写视频参数，格式为 mp4
size = (int(v_width), int(v_height))
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('m', 'p', '4', 'v')
out = cv2.VideoWriter(output_video,fourcc, v_fps, size)
# 已知人脸
known_image = face_recognition.load_image_file("tz.jpg")
biden_encoding = face_recognition.face_encodings(known_image)[0]
# 读取视频
cap = cv2.VideoCapture(input_video)
while(cap.isOpened()):
ret, frame = cap.read()
if ret:
# 检测人脸
face_locations = face_recognition.face_locations(frame)
# 检测每一个人脸
for (top_right_y, top_right_x, left_bottom_y,left_bottom_x) in face_locations:
unknown_image = frame[top_right_y-50:left_bottom_y+50, left_bottom_x-50:top_right_x+50]
unknown_encoding = face_recognition.face_encodings(unknown_image)[0]
# 对比结果
results = face_recognition.compare_faces([biden_encoding], unknown_encoding)
# 是仝卓，就将打码贴图。
if results[0] == True:
mask = cv2.resize(mask, (top_right_x-left_bottom_x, left_bottom_y-top_right_y))
frame[top_right_y:left_bottom_y, left_bottom_x:top_right_x] = mask
# 写入视频
out.write(frame)
else:
break
if __name__ == '__main__':
# 将音频保存为cut.mp3
video2mp3(file_name='cut.mp4')
# 处理视频，自动打码，输出视频为output.mp4
mask_video(input_video='cut.mp4', output_video='output.mp4')
# 为 output.mp4 处理好的视频添加声音
video_add_mp3(file_name='output.mp4', mp3_file='cut.mp3')程序有详细的注释，最终生成的视频会保存为 output-f.mp4，让我们看下效果吧（打开链接播放）。
https://cuijiahua.com/wp-content/uploads/2020/07/output-f-1.mp4
效果还不错吧？
五、最后
face_recognition 无论是检测还是识别的效果一般，想实现更强大、更稳定的自动打码效果，就需要自己有针对的优化订制了。
PS：文中出现的所有代码，均可在我的 github 上下载，欢迎 Follow、Star：点击查看