摘要：人臉活體檢測(cè)系統(tǒng)利用視覺(jué)方法檢測(cè)人臉活體對(duì)象，區(qū)分常見(jiàn)虛假人臉，以便后續(xù)人臉識(shí)別，提供系統(tǒng)界面記錄活體與虛假人臉檢測(cè)結(jié)果。本文詳細(xì)介紹基于YOLOv5深度學(xué)習(xí)技術(shù)的人臉活體檢測(cè)系統(tǒng)，在介紹算法原理的同時(shí)，給出Python的實(shí)現(xiàn)代碼、訓(xùn)練數(shù)據(jù)集以及PyQt的UI界面。在界面中可以選擇各種圖片、視頻進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，可對(duì)圖像中存在的多個(gè)人臉目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別區(qū)分。博文提供了完整的Python代碼和使用教程，適合新入門的朋友參考，完整代碼資源文件請(qǐng)轉(zhuǎn)至文末的下載鏈接。

完整代碼下載：https://mbd.pub/o/bread/ZJaXlplr

參考視頻演示：https://www.bilibili.com/video/BV1jg4y147GD/

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前言

????????近年來(lái)人臉識(shí)別技術(shù)落地勢(shì)頭迅猛，被廣泛應(yīng)用于公共安全、金融支付、交通出行等領(lǐng)域。人臉識(shí)別技術(shù)在落地應(yīng)用過(guò)程中，也暴露出侵犯隱私、安全風(fēng)險(xiǎn)、過(guò)渡收集等問(wèn)題，屢屢成為社會(huì)焦點(diǎn)。人臉活體檢測(cè)的起因是成像傳感器在面對(duì)紙張打印、視頻重放、3D模具等物理呈現(xiàn)的假人臉時(shí)無(wú)法識(shí)別成像的真實(shí)性，從而假人臉通過(guò)人臉識(shí)別系統(tǒng)，受到非法入侵，導(dǎo)致人臉識(shí)別系統(tǒng)在金融、支付及商業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景存在局限性，這使得人臉活體檢測(cè)引起了廣泛的社會(huì)關(guān)注。為提升人臉識(shí)別的安全性，保障客戶的業(yè)務(wù)安全，需要在識(shí)別前檢測(cè)是否屬于真實(shí)人臉，即檢測(cè)當(dāng)前畫面中到底為虛假欺騙的人臉還是真實(shí)的人臉，為人臉登錄、注冊(cè)等環(huán)節(jié)增加多層保障。

????????本系統(tǒng)基于YOLOv5，對(duì)于圖片、視頻和攝像頭捕獲的實(shí)時(shí)畫面，可檢測(cè)人臉屬于真實(shí)或者虛假情況，系統(tǒng)支持結(jié)果記錄、展示和保存，每次檢測(cè)的結(jié)果記錄在表格中。對(duì)此這里給出博主設(shè)計(jì)的界面，這回界面采用了半透明的UI背景，有種科技簡(jiǎn)約的感覺(jué)，功能也可以滿足圖片、視頻和攝像頭的識(shí)別檢測(cè)，希望大家可以喜歡，初始界面如下圖：

????????檢測(cè)類別時(shí)的界面截圖（點(diǎn)擊圖片可放大）如下圖，可識(shí)別畫面中存在的多張人臉，也可開(kāi)啟攝像頭或視頻檢測(cè)：

???????? 詳細(xì)的功能演示效果參見(jiàn)博主的B站視頻或下一節(jié)的動(dòng)圖演示，覺(jué)得不錯(cuò)的朋友敬請(qǐng)點(diǎn)贊、關(guān)注加收藏！系統(tǒng)UI界面的設(shè)計(jì)工作量較大，界面美化更需仔細(xì)雕琢，大家有任何建議或意見(jiàn)和可在下方評(píng)論交流。

1.?效果演示

????????我們還是通過(guò)動(dòng)圖看一下識(shí)別的效果，系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)圖片、視頻和攝像頭畫面中的人臉進(jìn)行虛假識(shí)別，識(shí)別的結(jié)果可視化顯示在界面和圖像中，另外提供多個(gè)目標(biāo)的顯示選擇功能，演示效果如下。

（一）系統(tǒng)介紹

????????人臉活體檢測(cè)系統(tǒng)主要用于日常場(chǎng)景中活體人臉檢測(cè)，區(qū)分真實(shí)人臉和虛假人臉數(shù)目、位置、預(yù)測(cè)置信度等；連接攝像頭設(shè)備可開(kāi)啟實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，另外對(duì)圖片、視頻等文件中的活體人臉情況也可進(jìn)行測(cè)試和檢測(cè)；登錄系統(tǒng)提供用戶注冊(cè)、登錄、管理功能；訓(xùn)練和調(diào)優(yōu)的模型可有效檢測(cè)真實(shí)人臉，模型可選擇切換；可選擇單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)顯示和標(biāo)注，結(jié)果一鍵保存。

（二）主要特點(diǎn)

???????? （1）檢測(cè)算法采用YOLOv5深度學(xué)習(xí)模型，便捷式訓(xùn)練和切換；
???????? （2）選擇圖片、視頻或攝像頭方式檢測(cè)真實(shí)與虛假人臉；
???????? （3）界面基于PyQt5實(shí)現(xiàn)，結(jié)果展示、切換和保存功能；
???????? （4）支持用戶登錄、注冊(cè)、管理，界面縮放、可視化等功能；
???????? （5）提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和代碼，可重新進(jìn)行訓(xùn)練；

（三）用戶注冊(cè)登錄界面

????????這里設(shè)計(jì)了一個(gè)登錄界面，界面還是參考了當(dāng)前流行的UI設(shè)計(jì)，可以注冊(cè)賬號(hào)和密碼，然后進(jìn)行登錄。

（四）選擇圖片識(shí)別

????????系統(tǒng)中可選擇圖片文件進(jìn)行識(shí)別，點(diǎn)擊圖片選擇按鈕圖標(biāo)選擇圖片后，顯示所有識(shí)別的結(jié)果，可通過(guò)下拉選框查看單個(gè)結(jié)果，以便具體判斷某一特定目標(biāo)。本功能的界面展示如下圖所示：

（五）視頻識(shí)別效果展示

????????對(duì)于需要識(shí)別一段視頻中的多個(gè)人臉，這里設(shè)計(jì)了視頻選擇功能。點(diǎn)擊視頻按鈕可選擇待檢測(cè)的視頻，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)解析視頻逐幀識(shí)別多個(gè)人臉，并將人臉檢測(cè)的分類和計(jì)數(shù)結(jié)果記錄在左下角表格中，效果如下圖所示：

（六）攝像頭檢測(cè)效果展示

????????在真實(shí)場(chǎng)景中，我們往往利用攝像頭獲取實(shí)時(shí)畫面，同時(shí)需要對(duì)人臉進(jìn)行活體識(shí)別，因此本文考慮到此項(xiàng)功能。如下圖所示，點(diǎn)擊攝像頭按鈕后系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，系統(tǒng)顯示實(shí)時(shí)畫面并開(kāi)始檢測(cè)畫面中的人臉活體，識(shí)別結(jié)果展示如下圖：

2.?人臉活體數(shù)據(jù)集及訓(xùn)練

????????這里我們使用的人臉活體識(shí)別數(shù)據(jù)集，包含真實(shí)與虛假兩個(gè)類別，每張圖片除包括類別標(biāo)簽外，還有一個(gè)標(biāo)注的物體邊框（Bounding Box），其部分圖片及標(biāo)注如下圖所示。

????????每張圖像均提供了圖像類標(biāo)記信息，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集具有3609張圖片，驗(yàn)證集766張，測(cè)試集145張，共計(jì)4520張圖像，部分圖片的截圖如下圖所示。

????????在深度學(xué)習(xí)中，我們通常通過(guò)損失函數(shù)下降的曲線來(lái)觀察模型訓(xùn)練的情況。而YOLOv5訓(xùn)練時(shí)主要包含三個(gè)方面的損失：矩形框損失(box_loss)、置信度損失（obj_loss）和分類損失(cls_loss)，在訓(xùn)練結(jié)束后，我們也可以在logs目錄下找到生成對(duì)若干訓(xùn)練過(guò)程統(tǒng)計(jì)圖。下圖分別為博主訓(xùn)練人臉活體識(shí)別的模型訓(xùn)練圖和曲線圖。

????????一般我們會(huì)接觸到兩個(gè)指標(biāo)，分別是召回率recall和精度precision，兩個(gè)指標(biāo)p和r都是簡(jiǎn)單地從一個(gè)角度來(lái)判斷模型的好壞，均是介于0到1之間的數(shù)值，其中接近于1表示模型的性能越好，接近于0表示模型的性能越差，為了綜合評(píng)價(jià)目標(biāo)檢測(cè)的性能，一般采用均值平均密度map來(lái)進(jìn)一步評(píng)估模型的好壞。我們通過(guò)設(shè)定不同的置信度的閾值，可以得到在模型在不同的閾值下所計(jì)算出的p值和r值，一般情況下，p值和r值是負(fù)相關(guān)的，繪制出來(lái)可以得到如下圖所示的曲線，其中曲線的面積我們稱AP，目標(biāo)檢測(cè)模型中每種目標(biāo)可計(jì)算出一個(gè)AP值，對(duì)所有的AP值求平均則可以得到模型的mAP值。

????????在訓(xùn)練完成后得到最佳模型，接下來(lái)我們將幀圖像輸入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而得到預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)方法（predict.py）部分的代碼如下所示：

????????訓(xùn)練完成就可以進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)結(jié)果我們便可以將幀圖像中的人臉活體框出，然后在圖片上用opencv繪圖操作，輸出人臉活體的類別及人臉的預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)。以下是讀取一個(gè)人臉活體圖片并進(jìn)行檢測(cè)的腳本，首先將圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后送predict進(jìn)行檢測(cè)，然后計(jì)算標(biāo)記框的位置并在圖中標(biāo)注出來(lái)。

????????執(zhí)行得到的結(jié)果如下圖所示，圖中人臉的種類和置信度值都標(biāo)注出來(lái)了，預(yù)測(cè)速度較快?；诖四Ｐ臀覀兛梢詫⑵湓O(shè)計(jì)成一個(gè)帶有界面的系統(tǒng)，在界面上選擇圖片、視頻或攝像頭然后調(diào)用模型進(jìn)行檢測(cè)。博主對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)試，最終開(kāi)發(fā)出一版流暢得到清新界面，就是博文演示部分的展示，完整的UI界面、測(cè)試圖片視頻、代碼文件，以及Python離線依賴包（方便安裝運(yùn)行，也可自行配置環(huán)境），均已打包上傳，感興趣的朋友可以通過(guò)下載鏈接獲取。

下載鏈接

????若您想獲得博文中涉及的實(shí)現(xiàn)完整全部程序文件（包括測(cè)試圖片、視頻，py, UI文件等，如下圖），這里已打包上傳至博主的面包多平臺(tái)，見(jiàn)可參考博客與視頻，已將所有涉及的文件同時(shí)打包到里面，點(diǎn)擊即可運(yùn)行，完整文件截圖如下：

????在文件夾下的資源顯示如下，下面的鏈接中也給出了Python的離線依賴包，讀者可在正確安裝Anaconda和Pycharm軟件后，復(fù)制離線依賴包至項(xiàng)目目錄下進(jìn)行安裝，離線依賴的使用詳細(xì)演示也可見(jiàn)本人B站視頻：win11從頭安裝軟件和配置環(huán)境運(yùn)行深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目、Win10中使用pycharm和anaconda進(jìn)行python環(huán)境配置教程。

注意：該代碼采用Pycharm+Python3.8開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)測(cè)試能成功運(yùn)行，運(yùn)行界面的主程序?yàn)閞unMain.py和LoginUI.py，測(cè)試圖片腳本可運(yùn)行testPicture.py，測(cè)試視頻腳本可運(yùn)行testVideo.py。為確保程序順利運(yùn)行，請(qǐng)按照requirements.txt配置Python依賴包的版本。Python版本：3.8，請(qǐng)勿使用其他版本，詳見(jiàn)requirements.txt文件；

完整資源中包含數(shù)據(jù)集及訓(xùn)練代碼，環(huán)境配置與界面中文字、圖片、logo等的修改方法請(qǐng)見(jiàn)視頻，項(xiàng)目完整文件下載請(qǐng)見(jiàn)以下鏈接給出：???

完整代碼下載：https://mbd.pub/o/bread/ZJaXlplr

參考視頻演示：https://www.bilibili.com/video/BV1jg4y147GD/

離線依賴庫(kù)下載鏈接：https://pan.baidu.com/s/1hW9z9ofV1FRSezTSj59JSg?pwd=oy4n?（提取碼：oy4n ）

? ? ? ? 在Qt Designer中可以徹底修改界面的各個(gè)控件及設(shè)置，然后將ui文件轉(zhuǎn)換為py文件即可調(diào)用和顯示界面。如果只需要修改界面中的文字、圖標(biāo)和背景圖的，可以直接在ConfigUI.config文件中修改，步驟如下：

????????（1）打開(kāi)UI_rec/tools/ConfigUI.config文件，若亂碼請(qǐng)選擇GBK編碼打開(kāi)。
????????（2）如需修改界面文字，只要選中要改的字符替換成自己的就好。
????????（3）如需修改背景、圖標(biāo)等，只需修改圖片的路徑。例如，原文件中的背景圖設(shè)置如下：

????????可修改為自己的名為background2.png圖片（位置在UI_rec/icons/文件夾中），可將該項(xiàng)設(shè)置如下即可修改背景圖：

結(jié)束語(yǔ)

????????由于博主能力有限，博文中提及的方法即使經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，也難免會(huì)有疏漏之處。希望您能熱心指出其中的錯(cuò)誤，以便下次修改時(shí)能以一個(gè)更完美更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉幼?，呈現(xiàn)在大家面前。同時(shí)如果有更好的實(shí)現(xiàn)方法也請(qǐng)您不吝賜教。