在Python中使用TensorFlow进行脸部面具检测
在这篇文章中,我们将讨论我们的两阶段COVID-19面罩检测器,详细说明我们的计算机视觉/深度学习管道将如何实现。
我们将使用这个Python脚本来训练一个人脸面具检测器,并审查其结果。考虑到训练好的COVID-19人脸面具检测器,我们将继续实现另外两个Python脚本,用于。
- 检测图像中的COVID-19面罩
- 检测实时视频流中的面罩
面罩检测系统的流程图
为了训练一个自定义的人脸面具检测器,我们需要将我们的项目分成两个不同的阶段,每个阶段都有各自的子步骤(如上图1所示)。
- 训练。在这里,我们将专注于从磁盘加载我们的人脸面具检测数据集,在这个数据集上训练一个模型(使用Keras/TensorFlow),然后将人脸面具检测器序列化到磁盘上。
- 部署。一旦脸部面具检测器被训练好,我们就可以继续加载面具检测器,进行脸部检测,然后将每张脸分类为有面具或无面具。
我们将使用这些图像,使用TensorFlow建立一个CNN模型,通过你的PC的网络摄像头来检测你是否戴了面罩。此外,你也可以使用你的手机摄像头来做同样的事情!
一步一步实现
第1步:数据可视化
第一步,让我们直观地看到我们的数据集中两个类别的图像总数。我们可以看到,”是 “类中有690张图片,”否 “类中有686张图片。
面罩上标有 “是 “字样的图片数量:690张
面罩被标记为 “不 “的图像数量:686张
第2步:数据扩增
在下一步,我们增加我们的数据集,以包括更多数量的图像用于我们的训练。在这一步的数据增强中,我们旋转和翻转数据集中的每一张图片。我们看到,在数据增强之后,我们总共有2751张图片,其中1380张图片属于 “是 “类,1371张图片属于 “否 “类。
Number of examples: 2751
Percentage of positive examples: 50.163576881134134%, number of pos examples: 1380
Percentage of negative examples: 49.836423118865866%, number of neg examples: 1371
第3步:拆分数据
在这一步,我们将数据分成训练集和测试集,前者包含CNN模型将被训练的图像,后者包含我们模型将被测试的图像。在这里,我们采用split_size=0.8,这意味着80%的图像将进入训练集,其余20%的图像将进入测试集。
The number of images with facemask in the training set labelled ‘yes’: 1104
The number of images with facemask in the test set labelled ‘yes’: 276
The number of images without facemask in the training set labelled ‘no’: 1096
The number of images without facemask in the test set labelled ‘no’: 275
分割后,我们看到,如上所述,所需比例的图像已被分配到训练集和测试集。
第4步:建立模型。
在下一步,我们用Conv2D、MaxPooling2D、Flatten、Dropout和Dense等不同层建立我们的序列CNN模型。在最后的密集层中,我们使用 “softmax “函数来输出一个向量,该向量给出了两类中每一类的概率。
这里,我们使用’adam’优化器和’binary_crossentropy’作为我们的损失函数,因为只有两个类。此外,你甚至可以使用MobileNetV2来获得更好的准确性。
第5步:预训练CNN模型
在建立了我们的模型之后,让我们创建’train_generator’和’validation_generator’,以便在下一步将它们与我们的模型相适应。我们看到,训练集里共有2200张图片,测试集里有551张图片。
Found 2200 images belonging to 2 classes.
Found 551 images belonging to 2 classes.
第6步:训练CNN模型
这一步是主要步骤,我们将训练集和测试集中的图像与我们使用keras库建立的序列模型相匹配。我已经对模型进行了30个epochs(迭代)的训练。然而,我们可以训练更多的epochs以达到更高的精度,以免出现过度拟合。
history = model.fit_generator(train_generator,
epochs=30,
validation_data=validation_generator,
callbacks=[checkpoint])Epoch 30/30
220/220 [==============================] – 231s 1s/step – loss: 0.0368 – acc: 0.9886 – val_loss: 0.1072 – val_acc: 0.9619
我们看到,在第30个历时后,我们的模型在训练集上的准确率为98.86%,在测试集上的准确率为96.19%。这意味着该模型训练有素,没有任何过度拟合。
第7步:给信息贴标签
在建立模型之后,我们为我们的结果标注两个概率。[‘0’为’without_mask’,’1’为’with_mask’] 。我也在使用RGB值设置边界矩形的颜色。[‘RED’代表’without_mask’,’GREEN’代表’with_mask’] 。
labels_dict={0:’without_mask’,1:’with_mask’}
color_dict={0:(0,0,255),1:(0,255,0)}
第8步:导入面部检测程序
在这之后,我们打算用它来检测我们是否使用PC的网络摄像头佩戴了面罩。为此,首先,我们需要实现人脸检测。在这方面,我们使用基于Haar特征的级联分类器来检测面部特征。
face_clsfr=cv2.CascadeClassifier(‘haarcascade_frontalface_default.xml’)
这个级联分类器是由OpenCV设计的,通过训练数以千计的图像来检测正面的脸。这方面的.xml文件需要下载并用于检测人脸。我们已经将该文件上传到GitHub仓库。
第9步:检测有面具和无面具的面孔
在最后一步,我们使用OpenCV库来运行一个无限循环,以使用我们的网络摄像头,其中我们使用级联分类器检测人脸。代码webcam = cv2.VideoCapture(0) 表示使用webcam。
该模型将预测两个类别([without_mask, with_mask])中每个类别的可能性。基于较高的概率,标签将被选择并显示在我们的脸上。
main.py
输出: