QT连接OpenCV库完成人脸识别

1.相关的配置

1> 该项目所用环境：qt-opensource-windows-x86-mingw491_opengl-5.4.0

2> 配置opencv库路径：

1、在D盘下创建一个opencv的文件夹，用于存放所需材料

2、在opencv的文件夹下创建一个名为：opencv3.4-qt-intall 文件夹

3、将资料中的opencv_library的install文件，复制到opencv3.4-qt-intall 文件夹中

4、将路径：D:\opencv\opencv3.4-qt-intall\install\x86\mingw\bin 放入电脑的系统路径中

3> 测试是否配置好

创建一个新的qt工程，将对应配置文件和头文件放入后，不报错就说明配置成功

2.关于图像处理的相关类和函数 

1> Mat类，图像容器

2> 读取图像

Mat imread( const String& filename, int flags = IMREAD_COLOR );
//功能：读取出图像
//参数：图像路径
//返回值：读取的图像

3> 命名展示图像的窗口 

void namedWindow(const String& winname, int flags = WINDOW_AUTOSIZE);
功能：命名一个图像窗口
参数1：窗口名称
参数2：窗体尺寸，默认为自适应大小
返回值：无

4> 展示图像 

void imshow(const String& winname, const ogl::Texture2D& tex);
//功能：展示图像
//参数1：要展示图像的窗口名称
//参数2：要展示的二维图像
//返回值：无

#include "widget.h"
#include <QApplication>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();//1、定义一个图像容器Mat src;//2、将图像加载进来//函数原型：Mat imread( const String& filename, int flags = IMREAD_COLOR );//参数：图像的路径//返回值：图像容器src = imread("D:/opencv/resource/age.jpg");//4、命名一个展示图像的窗口//namedWindow("Test");//5、展示图像//函数原型：void imshow(const String& winname, const ogl::Texture2D& tex);//参数1：要展示图像的窗口名称//参数2：要展示的图像//返回值：无imshow("Test", src);return a.exec();
}

 3.视频流相关类和函数

1> 视频流类：VideoCapture

2> 打开视频：

 virtual bool open(const String& filename);//参数：要打开视频的路径//返回值：成功返回true失败返回false

3> 打开摄像头只需在构造时，调用构造函数参数传递0即可

4> 读取视频流中图像

virtual bool read(OutputArray image);
功能：读取视频流中的图像
参数：图像容器
返回值：成功读取返回true，失败或者视频结束返回false

 5> 图像翻转

void flip(InputArray src, OutputArray dst, int flipCode);
//将图像进行旋转
//参数1：要处理的图像
//参数2：处理后的图像容器
//参数3：处理规则：0：表示沿x翻转，1表示沿y轴翻转，-1表示沿xy轴翻转

6> 休眠阻塞函数

int waitKey(int delay = 0);
功能：阻塞等待用户输入数据，如果delay=0，则一直等待
参数：毫秒数
返回值：在等待过程中用户按下键的值

#include "widget.h"
#include <QApplication>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();//1、定义视频流对象VideoCapture v(0);             //表明使用摄像头构造一个视频流对象//2、读取摄像头中的图像Mat src;                   //用于存放读取出来的图像//函数原型：virtual bool read(OutputArray image);//功能：从视频流中读取一张图像放入参数中//参数：图像容器//返回值：成功返回真，失败或者读取视频结束返回假while(v.read(src)){//将图像进行翻转//函数原型：void flip(InputArray src, OutputArray dst, int flipCode);//参数1：要翻转的图像//参数2：翻转后的图像容器//参数3：翻转规则：正数表示按y轴翻转，0表示按x轴翻转，负数表示按xy轴翻转flip(src, src, 1);//展示图像imshow("Test1", src);//加延时函数//函数原型：int waitKey(int delay = 0);//参数：等待时间//返回值：在等待期间用户按下的键盘的ascii值    ESC键对应的值为27if(waitKey(20)==27){break;}}return a.exec();
}

4.图像处理

1> 灰度处理

void cvtColor( InputArray src, OutputArray dst, int code, int dstCn = 0 );
功能：转换图像色彩空间
//参数1：要转换的图像
//参数2：转变后图像容器
//参数3：转换规则：BGR to gray
返回值：无

2> 均衡化处理

void equalizeHist( InputArray src, OutputArray dst ); 
参数1：输入的灰度图像，必须是8-bit的单通道图像  
参数2：输出的图像 
图像直方图：对整个图像在灰度范围内的像素值（0-255）统计出现的频率，据此生成直方图，直 方图反应了图像的灰度分布情况。

#include "widget.h"
#include <QApplication>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();//1、定义视频流对象VideoCapture v(0);             //表明使用摄像头构造一个视频流对象//2、读取摄像头中的图像Mat src;                   //用于存放读取出来的图像Mat gray;                   //用于存储灰度图的图像容器Mat dst;                     //用于存储均衡化处理后的图像容器//函数原型：virtual bool read(OutputArray image);//功能：从视频流中读取一张图像放入参数中//参数：图像容器//返回值：成功返回真，失败或者读取视频结束返回假while(v.read(src)){//将图像进行翻转//函数原型：void flip(InputArray src, OutputArray dst, int flipCode);//参数1：要翻转的图像//参数2：翻转后的图像容器//参数3：翻转规则：正数表示按y轴翻转，0表示按x轴翻转，负数表示按xy轴翻转flip(src, src, 1);//3、将图像灰度处理//函数原型：void cvtColor( InputArray src, OutputArray dst, int code, int dstCn = 0 );//参数1：要转换的图像//参数2：转换后的图像容器//参数3：转换规则  CV_BGR2GRAY表示将bgr彩色图转换为gray灰度图//返回值：无cvtColor(src, gray, CV_BGR2GRAY);//4、对图像进行均衡化处理//函数原型：void equalizeHist( InputArray src, OutputArray dst );//参数1：要进行均衡化处理的图像，必须是单通道灰度图//参数2：均衡化处理后的图像容器//返回值：无equalizeHist(gray, dst);//展示彩色图像imshow("Test1", src);//展示灰度图像imshow("Test2", gray);//展示均衡化处理后的图像imshow("Test3", dst);//加延时函数//函数原型：int waitKey(int delay = 0);//参数：等待时间//返回值：在等待期间用户按下的键盘的ascii值    ESC键对应的值为27if(waitKey(20)==27){break;}}return a.exec();
}

5.级联分类器 

1> opencv级联分类器工具类 : CascadeClassifier //struct Student

2> 加载级联分类器配置文件 : bool load( const String& filename )

参数1：分类器数据文件的名字

返回值：成功true，失败false

3> 找到人脸所在位置的矩形区域

void detectMultiScale(
const Mat& image, 
CV_OUT vector& objects,    //int arr[4]; 
double scaleFactor = 1.1,
int minNeighbors = 3, 
int flags = 0, 
Size ize = Size(24,24))
参数1:待检测灰度图像(数据少处理起来简单) 
参数2:被检测物体的矩形框向量( 人脸Rect矩形区域，其中objects.size()是人脸个数 ) 
参数3:前后两次相继的扫描中搜索窗口的比例系数，默认为1.1 即每次搜索窗口扩大10% 
参数4:构成检测目标的相邻矩形的最小个数 如果组成检测目标的小矩形的个数和小于 minneighbors - 1 都会被除 
参数5:若设置为CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING 函数将会使用Canny边缘检测来排除边缘过多 或过少的区域,，一般采用默认值0 
参数6:用来限制得到的目标区域的范围，一般检测人脸使用Size(24, 24)

4> 人脸部分的矩形区域显示出来

void rectangle(CV_IN_OUT Mat& img, Rect rec,const Scalar& color, int thickness = 1,int lineType = LINE_8, int shift = 0);
img：图像。 
rec：表征矩形的位置和长宽。 
color：线条颜色 (RGB) 。 
thickness：组成矩形的线条的粗细程度。 
line_type：线条的类型。 
shift：坐标点的小数点位数,0表示没有小数点。

#include "widget.h"
#include <QApplication>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);Widget w;w.show();//1、定义视频流对象VideoCapture v(0);             //表明使用摄像头构造一个视频流对象//2、读取摄像头中的图像Mat src;                   //用于存放读取出来的图像Mat gray;                   //用于存储灰度图的图像容器Mat dst;                     //用于存储均衡化处理后的图像容器//5、实例化一个级联分类器的对象，用于找到图像中的人脸矩形区域CascadeClassifier c;//给类对象装载人脸识别模型//函数原型：bool load( const String& filename );//功能：给级联分类器对象，下载一个识别模型//参数：人脸识别模型的文件路径//返回值：成功下载返回真，失败返回假if(!c.load("D:/opencv/resource/haarcascade_frontalface_alt2.xml")){QMessageBox::information(NULL,"失败", "人脸识别模型装载失败");return -1;}//定义容器存放人脸分类后的矩形框vector<Rect> faces;//函数原型：virtual bool read(OutputArray image);//功能：从视频流中读取一张图像放入参数中//参数：图像容器//返回值：成功返回真，失败或者读取视频结束返回假while(v.read(src)){//将图像进行翻转//函数原型：void flip(InputArray src, OutputArray dst, int flipCode);//参数1：要翻转的图像//参数2：翻转后的图像容器//参数3：翻转规则：正数表示按y轴翻转，0表示按x轴翻转，负数表示按xy轴翻转flip(src, src, 1);//3、将图像灰度处理//函数原型：void cvtColor( InputArray src, OutputArray dst, int code, int dstCn = 0 );//参数1：要转换的图像//参数2：转换后的图像容器//参数3：转换规则  CV_BGR2GRAY表示将bgr彩色图转换为gray灰度图//返回值：无cvtColor(src, gray, CV_BGR2GRAY);//4、对图像进行均衡化处理//函数原型：void equalizeHist( InputArray src, OutputArray dst );//参数1：要进行均衡化处理的图像，必须是单通道灰度图//参数2：均衡化处理后的图像容器//返回值：无equalizeHist(gray, dst);//6、使用级联分类器对象，获取人脸矩形区域//函数原型：void detectMultiScale( InputArray image,CV_OUT std::vector<Rect>& objects）//参数1：要进行识别的图像//参数2：对该图像识别后，的矩形框存放的数组容器c.detectMultiScale(dst, faces);//7、将上述得到的矩形框，全部都绘制到图像上for(int i=0; i<faces.size(); i++){//将任意一个矩形框，全部都绘制到图像上//函数原型：void rectangle(CV_IN_OUT Mat& img, Rect rec,const Scalar& color, int thickness = 1）//参数1：要被绘制的图像//参数2：要绘制的矩形框//参数3：矩形框的颜色//参数4：矩形框的粗细//返回值：无rectangle(src, faces[i], Scalar(0,0,255), 2);}//8、像素反差for(int i=0; i<src.rows; i++)        //外层循环控制行数{for(int j=0; j<src.cols; j++)        //内层循环控制列数{//找到任意一个像素:src.at<Vec3b>(i,j)//找到任意一个像素中的通道中的值src.at<Vec3b>(i,j)[k]for(int k=0; k<3; k++){src.at<Vec3b>(i,j)[k] = 255 - src.at<Vec3b>(i,j)[k];  //对像素进行反差}}}//展示彩色图像imshow("Test1", src);//展示灰度图像imshow("Test2", gray);//展示均衡化处理后的图像imshow("Test3", dst);//加延时函数//函数原型：int waitKey(int delay = 0);//参数：等待时间//返回值：在等待期间用户按下的键盘的ascii值    ESC键对应的值为27if(waitKey(20)==27){break;}}return a.exec();
}

6. 介绍 

机器学习的作用：根据提供的图片模型通过算法生成数据模型，从而在其它图片中查找相关的目 标。

级联分类器：是用来人脸识别。 在判断之前，我们要先进行学习，生成人脸的模型以便后续识别使用。

人脸识别器：判断是谁的面部。 FaceRecognizer类是opencv提供的人脸识别器基类，LBPHFaceRecognizer是根据LBPH算法实 现的识别器类，其中LBPHFaceRecognizer识别器支持在原有模型基础上继续学习（模型数据可以累 计）。

7.创建LBPHFaceRecognizer识别器对象

 所需的头文件：#include 、using namespace cv::face;创建空的人脸识别器对象：Ptr<FaceRecognizer> recognizer =LBPHFaceRecognizer::create();​根据已有的模型创建人脸识别器对象，在创建人脸识别器的时候，需要一个已经学习好的模型文件：Ptr<FaceRecognizer> recognizer = FaceRecognizer::load<LBPHFaceRecognizer>("模型文件.xml");

8.机器学习并更新模型

 容器：容器中装了n张人脸Mat对象，先采集脸，装到容器中，存储标签，人的身份证，每一张脸给一个编号：1 张三脸 2 李四脸 3 王五脸。功能函数1：void update(InputArrayOfArray src,InputArray labels)//机器学习并更新模型功能函数2：void train(InputArrayOfArrays src,InputArray labels);//只是学习，不更新//参数1src：图片模型数组 vector<Mat>//参数2labels：标签数组，每个模型识别后的标签vector<int>

9.保存模型

功能函数：void save(const String& filename);//参数1：模型文件的名字
例如：
recognizer->update(study_faces,study_label);//学习
recognizer->save("face.xml");//将学习的成果，保存到face.xml模型文件中，生成模型：
study_faces.clear();、study_labels.clear();

10.预测目标

判断这个人脸到底是谁。
功能函数：
void predict(InputArray src,  int &label,  double &confidence)
//参数1：预测图形 Mat src
//参数2：:预测后的标签，学习时对应的标签
//参数3：预测出结果的可信度，数值越小可信度越高
例如：
int label = -1;//预测后的标签，学习时对应的标签
double confidence = 0;//可信度
Mat face = frame(faces[0]);//人脸区域
cvtColor(face,face,CV_BGR2GRAY);//更改色彩空间
cv::resize(face,face,Size(90,90));//设置人脸的大小
recognizer->predict(face,label,confidence); //预测，相当于识别人脸，预测出人脸是谁的
面部，label的值就那张脸对应的标签，如果预测不到，label的值是-1。

11.设置可信度

功能函数：void setThreshold(double val);
//参数1：预测可信度极值，预测可信度超出极值则预测失败。

12.完整项目代码 

.pro文件：

#-------------------------------------------------
#
# Project created by QtCreator 2023-09-04T19:10:16
#
#-------------------------------------------------QT       += core guigreaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 4): QT += widgetsTARGET = 01_demo
TEMPLATE = appSOURCES += main.cpp\widget.cppHEADERS  += widget.hFORMS    += widget.uiINCLUDEPATH += C:/opencv/opencv3.4-qt-install/install/include
INCLUDEPATH += C:/opencv/opencv3.4-qt-install/install/include/opencv
INCLUDEPATH += C:/opencv/opencv3.4-qt-install/install/include/opencv2
LIBS += C:/opencv/opencv3.4-qt-install/install/x86/mingw/lib/libopencv_*.a

头文件：

#ifndef WIDGET_H
#define WIDGET_H#include <QWidget>
#include <QWidget>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include <opencv2/face.hpp>
#include <vector>
#include <map>
#include <QMessageBox>
#include <QDebug>
#include <QFile>
#include <QTextStream>
#include <QDateTime>
#include <QTimerEvent>
#include <QtSerialPort/QtSerialPort>
#include <QtSerialPort/QSerialPortInfo>
using namespace  cv;
using namespace cv::face;
using namespace std;namespace Ui {
class Widget;
}class Widget : public QWidget
{Q_OBJECTpublic:explicit Widget(QWidget *parent = 0);~Widget();private slots:void on_openCameraBtn_clicked();void on_closeCameraBtn_clicked();void on_inputFaceBtn_clicked();private:Ui::Widget *ui;/***************************第一模块：关于摄像头的相关组件*****************************/VideoCapture v;            //视频流对象Mat src;                   //原图像Mat rgb;                   //存放rgb图像，因为qt能识别的图像色彩空间为rgbMat gray;                  //灰度图Mat dst;                   //均衡化图像CascadeClassifier c;       //级联分类器vector<Rect> faces;        //存储人脸举行的容器int cameraId;              //摄像头的定时器void timerEvent(QTimerEvent *event);   //定时器事件处理函数/***************************第二模块：录入人脸的相关组件*****************************/Ptr<FaceRecognizer> recognizer;           //人脸识别器vector<Mat> study_face;                   //要录入的人脸容器vector<int> study_lab;                    //要录入的人脸的标签int studyId;                              //人脸录入的定时器int flag;                                 //表示是否正在录入人脸int count;                                //记录学习的次数/***************************第三模块：人脸检测的相关组件*****************************/int checkId;                   //人脸检测的定时器
};#endif // WIDGET_H

源文件： 

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"Widget::Widget(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);//将登录按钮设置成不可用ui->loginBtn->setEnabled(false);//启动摄像头if(!v.open(0)){QMessageBox::information(this,"错误","打开摄像头失败");return;}//将级联分类器加载进来if(!c.load("C:/opencv/resource/haarcascade_frontalface_alt.xml")){QMessageBox::information(this,"失败","人脸识别模型装载失败");return;}//配置人脸识别器QFile file("C:/opencv/resource/myFace.xml");//判断文件是否存在，如果存在，则直接下载，如果不存在，则创建一个人脸识别器if(file.exists()){//人脸模型存在，直接下载即可recognizer = FaceRecognizer::load<LBPHFaceRecognizer>("C:/opencv/resource/myFace.xml");}else{//人脸模型不存在，则需要创建recognizer = LBPHFaceRecognizer::create();}//启动人脸检测到的定时器checkId = this->startTimer(3000);//设置人脸识别的可信度recognizer->setThreshold(100);flag = 0;          //表明开始时就处于检测
}Widget::~Widget()
{delete ui;
}//打开摄像头按钮对应的槽函数
void Widget::on_openCameraBtn_clicked()
{//启动定时器cameraId = this->startTimer(20);ui->cameraLab->show();
}//关闭摄像头按钮对应的槽函数
void Widget::on_closeCameraBtn_clicked()
{//关闭定时器this->killTimer(cameraId);ui->cameraLab->hide();
}//定时器事件处理函数
void Widget::timerEvent(QTimerEvent *event)
{//判断是哪个定时器到位if(event->timerId() == cameraId){//1.从摄像头中读取一张图像v.read(src);      //得到原图//2.将图像翻转flip(src,src,1);//3.将src的bgr图像转换为rgb图像cvtColor(src,rgb,CV_BGR2RGB);//4.重新设置大小cv::resize(rgb,rgb,Size(300,300));//5.灰度处理cvtColor(rgb,gray,CV_RGB2GRAY);//6.均衡化处理equalizeHist(gray,dst);//7.使用级联分类器获取人脸矩形区域c.detectMultiScale(dst,faces);//8.将矩形框绘制到rgb图像上for(int i=0; i<faces.size(); i++){rectangle(rgb,faces[i],Scalar(255,0,0),2);}//9.使用rgb图像，将Mat图，构造出一个qt能识别的图像QImage img(rgb.data,rgb.cols,rgb.rows,rgb.cols*rgb.channels(),QImage::Format_RGB888);//功能：通过其他图像构造出一个QImage图像//参数1：其他图像的数据//参数2：图像的宽度//参数3：图像的高度//参数4：每一行的字节数//参数5：图像格式，24位图，每一种颜色使用8位表示//10.将图像展示到lab中ui->cameraLab->setPixmap(QPixmap::fromImage(img));}//判断是否是人脸录入定时器到位if(event->timerId() == studyId){//判断ui界面是否有矩形框if(faces.empty())return;//判断人脸识别器是否存在if(recognizer.empty())return;//提示正在录入人脸qDebug() << "正在录入人脸...";//获取ui界面中矩形框框起来的人脸区域Mat face = src(faces[0]);//将该图像进行重新设置大小cv::resize(face,face,Size(100,100));//灰度处理cvtColor(face,face,CV_BGR2GRAY);//均衡化处理equalizeHist(face,face);//将人脸放入学习容器中study_face.push_back(face);study_lab.push_back(1);count++;                     //表明完成一次人脸的存放if(count == 50)              //已经收集50张人脸进行学习{count = 0;               //以便于下一次录入//更新人脸模型//函数原型：CV_WRAP virtual void update(InputArrayOfArrays src, InputArray labels);//参数1：要进行更新的人脸数组//参数2：要更新的人脸标签数组//返回值：无recognizer->update(study_face,study_lab);//将数据模型保存到本地磁盘中recognizer->save("C:/opencv/resource/myFace.xml");//殿后工作study_face.clear();       //清空人脸数组study_lab.clear();        //清空标签数组flag = 0;                 //表明录入已经结束，可以进行人脸检测了ui->inputFaceBtn->setEnabled(true);    //按钮设置成可用状态this->killTimer(studyId);              //关闭人脸录入的定时器QMessageBox::information(this,"成功","人脸录入成功");}}//判断是否是人脸检测的定时器到位if(event->timerId() == checkId){qDebug() << "正在检测...";//判断是否处于检测if(flag == 0){QFile file("C:/opencv/resource/myFace.xml");if(file.exists())              //表明人脸模型存在的基础上进行识别{if(faces.empty() || recognizer.empty()) return;              //ui界面无矩形框或者没有人脸识别器//到此表明可以进行检测Mat face = src(faces[0]);//重新设置大小，保持跟保存人脸时一致cv::resize(face,face,Size(100,100));//灰度处理cvtColor(face,face,CV_BGR2GRAY);//均衡化处理equalizeHist(face,face);//定义记录检测后返回的结果的变量int lab = -1;                //返回的图像的标签double conf = 0.0;           //返回图像的可信度//将该人脸进行预测recognizer->predict(face,lab,conf);qDebug() << "lab = " << lab << "  conf = " << conf;//对人脸识别后的结果进行判断if(lab != -1){ui->loginBtn->setEnabled(true);}}}}}//录入人脸按钮对应的槽函数
void Widget::on_inputFaceBtn_clicked()
{//启动人脸录入的定时器qDebug() << "开始进行人脸录入...";studyId = this->startTimer(60);//将按钮设置成不可用状态ui->inputFaceBtn->setEnabled(false);//将flag设置成1，表示正在录入人脸，不要进行人脸检测了flag = 1;count = 0;       //清空计数器}