人脸应用实例：性别年龄预测

在当今科技飞速发展的时代，人脸识别技术已经从科幻电影走进了我们的日常生活。通过算法来识别人脸的特征，进而判断身份、年龄和性别，这一技术正逐步改变着我们的生活方式。今天，我们就来探讨一下基于深度学习的人脸应用实例——性别年龄预测。

一、技术背景

性别年龄预测系统主要依赖于深度学习模型和计算机视觉技术。这一系统通过摄像头实时捕获视频帧，对每一帧进行人脸检测，并对检测到的人脸进行年龄和性别的预测。为了实现这一目标，我们需要加载人脸检测、年龄估计和性别识别的模型。这些模型分别通过其配置文件（如prototxt或pbtxt文件）和权重文件（如caffemodel或pb文件）进行加载。

二、模型初始化

首先，我们需要准备好所需的模型文件。这些模型文件通常可以从开源项目中找到，例如AgeGenderDeepLearning和learnopencv。以下是模型初始化的代码示例：

import cv2  
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont  
import numpy as np  
  
# 模型文件路径  
faceProto = "./model/opencv_face_detector.pbtxt"  
faceModel = "./model/opencv_face_detector_uint8.pb"  
ageProto = "./model/deploy_age.prototxt"  
ageModel = "./model/age_net.caffemodel"  
genderProto = "./model/deploy_gender.prototxt"  
genderModel = "./model/gender_net.caffemodel"  
  
# 加载模型  
ageNet = cv2.dnn.readNet(ageModel, ageProto)  
genderNet = cv2.dnn.readNet(genderModel, genderProto)  
faceNet = cv2.dnn.readNet(faceModel, faceProto)

三、变量初始化与函数定义

在性别年龄预测系统中，我们需要定义一些变量和函数来辅助实现功能。例如，定义年龄段和性别选项，以及定义用于获取人脸框和绘制中文文本的函数。

# 初始化设置年龄段和性别  
ageList = ['0-2岁', '4-6岁', '8-12岁', '15-20岁', '25-32岁', '38-43岁', '48-53岁', '60-100岁']  
genderList = ['男性', '女性']  
mean = (78.4263377603, 87.7689143744, 114.895847746)  # 图像预处理时使用的均值  
  
# 定义获取人脸框的函数  
def getBoxes(net, frame):  
    frameHeight, frameWidth = frame.shape[:2]  
    blob = cv2.dnn.blobFromImage(frame, 1.0, (300, 300), [104, 117, 123], True, False)  
    net.setInput(blob)  
    detections = net.forward()  
    faceBoxes = []  
    for i in range(detections.shape[2]):  
        confidence = detections[0, 0, i, 2]  
        if confidence > 0.7:  
            x1 = int(detections[0, 0, i, 3] * frameWidth)  
            y1 = int(detections[0, 0, i, 4] * frameHeight)  
            x2 = int(detections[0, 0, i, 5] * frameWidth)  
            y2 = int(detections[0, 0, i, 6] * frameHeight)  
            faceBoxes.append([x1, y1, x2, y2])  
            cv2.rectangle(frame, (x1, y1), (x2, y2), (0, 255, 0), int(frameHeight / 150), 6)  
    return frame, faceBoxes  
  
# 定义绘制中文文本的函数  
def cv2AddChineseText(img, text, position, textColor=(0, 255, 0), textSize=30):  
    if isinstance(img, np.ndarray):  
        # 将OpenCV图像转换为PIL图像，并绘制中文文本，再转换回OpenCV格式  
        pil_img = Image.fromarray(cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB))  
        draw = ImageDraw.Draw(pil_img)  
        font = ImageFont.truetype("arial.ttf", textSize)  # 确保有arial.ttf字体文件  
        draw.text(position, text, font=font, fill=textColor)  
        img = cv2.cvtColor(np.array(pil_img), cv2.COLOR_RGB2BGR)  
    return img

四、主循环与预测

在主循环中，我们使用摄像头实时捕获视频帧，并对每一帧进行处理。首先，使用getBoxes函数检测人脸框，然后裁剪出人脸区域，分别使用ageNet和genderNet模型进行年龄和性别预测。最后，使用cv2AddChineseText函数将预测结果绘制在图像上。

cap = cv2.VideoCapture(0)  # 打开摄像头  
while True:  
    ret, frame = cap.read()  
    if not ret:  
        break  
      
    frame, faceBoxes = getBoxes(faceNet, frame)  
    for box in faceBoxes:  
        x1, y1, x2, y2 = box  
        face_img = frame[y1:y2, x1:x2].copy()  
        blob = cv2.dnn.blobFromImage(face_img, 1, (227, 227), mean, swapRB=False)  
          
        # 年龄预测  
        ageNet.setInput(blob)  
        age_preds = ageNet.forward()  
        age = ageList[age_preds[0].argmax()]  
          
        # 性别预测  
        genderNet.setInput(blob)  
        gender_preds = genderNet.forward()  
        gender = genderList[gender_preds[0].argmax()]  
          
        # 绘制预测结果  
        frame = cv2AddChineseText(frame, f"年龄: {age}", (x1, y1 - 10))  
        frame = cv2AddChineseText(frame, f"性别: {gender}", (x1, y1 - 30))  
      
    cv2.imshow("Prediction", frame)  
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == 27:  # 按Esc键退出  
        break  
  
cap.release()  
cv2.destroyAllWindows()