虹软人脸识别 - Android Camera实时人脸追踪画框适配
程序员文章站
2022-07-14 10:01:10
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在使用虹软人脸识别Android SDK的过程中 ，预览时一般都需要绘制人脸框，但是和PC平台相机应用不同，在Android平台相机进行应用开发还需要考虑前后置相机切换、设备横竖屏切换等情况，因此在人脸识别项目开发过程中，人脸框绘制适配的实现比较困难。针对该问题，本文将通过以下内容介绍解决方法：
- 相机原始帧数据和预览成像画面的关系
- 人脸框绘制到View上的流程
- 具体场景适配方案介绍
- 处理多种场景的情况，实现适配函数
- 将适配好的人脸框绘制到View上
用到的Rect说明：
| 变量名 | 含义 |
|---|---|
| originalRect | 人脸检测回传的人脸框 |
| scaledRect | 基于originalRect缩放后的人脸框 |
| drawRect | 最终绘制所需的人脸框 |
一、相机原始帧数据和预览成像画面的关系
Android设备一般为手持设备，相机集成在设备上，设备的旋转也会导致相机的旋转，因此成像也会发生旋转，为了解决这一问题，让用户能够看到正常的成像，Android提供了相机预览数据绘制到控件时，设置旋转角度的相关API，开发者可根据Activity的显示方向设置不同的旋转角度，这块内容在以下文章中有介绍：
-
Android使用Camera2获取预览数据
将预览的YUV数据转换为NV21，再转换为Bitmap并显示到控件上，同时也将该Bitmap转换为相机预览效果的Bitmap显示到控件上，便于了解原始数据和预览画面的关系
二、人脸框绘制到View上的流程
总体流程
- 第一步，缩放
- 第二步，旋转
需要根据图像数据和预览画面的旋转角度关系，选择对应的旋转方案
- 后置摄像头（预览不镜像）
后置摄像头，旋转0度
后置摄像头，旋转90度
后置摄像头，旋转180度
后置摄像头，旋转270度
2. 前置摄像头（预览会镜像）
前置摄像头，旋转0度
前置摄像头，旋转90度
前置摄像头，旋转180度
前置摄像头，旋转270度
三、具体场景下的适配方案介绍
以如下场景为例，介绍人脸框适配方案：
可以看到，在竖屏情况下，原始数据顺时针旋转90度并缩放才能达到预览画面的效果，既然图像数据旋转并缩放了，那人脸框也要随着图像旋转并缩放。我们可以先旋转再缩放，也可以先缩放在旋转，这里以先缩放再旋转为例介绍适配的步骤。
第一步，缩放第二步，旋转
第一步：缩放
假设人脸检测结果的位置信息是originalRect：(left, top, right, bottom)（相对于1280x720的图像的位置），我们将其放大为相对于1920x1080的图像的位置：
scaledRect:(originalRect.left * 1.5, originalRect.top * 1.5, originalRect.right * 1.5, originalRect.bottom * 1.5)
第二步：旋转
在尺寸修改完成后，我们再将人脸框旋转即可得到目标人脸框，其中旋转的过程如下：
1.获取原始数据和预览画面的旋转角度（以上情况为90度）
2.根据旋转角度将人脸框调整为View需要的人脸框，对于绘制所需的人脸框，我们分析下计算方式：
drawRect.left
绘制所需的Rect的left的值也就是scaledRect的下边界到图像下边界的距离，也就是1080 - scaledRect.bottom
drawRect.top
绘制所需的Rect的top的值也就是scaledRect的左边界到图像左边界的距离，也就是scaledRect.left
drawRect.right
绘制所需的Rect的right的值也就是scaledRect的上边界到图像下边界的距离，也就是1080 - scaledRect.top
drawRect.bottom
绘制所需的Rect的bottom的值也就是scaledRect的右边界到图像上边界的距离，也就是scaledRect.right
四、处理多种场景的情况，实现适配函数
通过以上分析，可得出画框时需要用到的绘制参数如下，其中构造函数的最后两个参数是额外添加的，用于特殊场景的手动矫正：
- previewWidth & previewHeight
预览宽高，人脸追踪的人脸框是基于这个尺寸的 - canvasWidth & canvasHeight
被绘制的控件的宽高，也就是映射后的目标尺寸 - cameraDisplayOrientation
预览数据和源数据的旋转角度 - cameraId
相机ID，系统对于前置相机是有做默认镜像处理的，而后置相机则没有 - isMirror
预览画面是否水平镜像显示，例如我们如果手动设置了再次镜像预览画面，则需要将最终结果也镜像处理 - mirrorHorizontal
为兼容部分设备使用，将调整后的框水平再次镜像 - mirrorVertical
为兼容部分设备使用，将调整后的框垂直再次镜像
/**
* 创建一个绘制辅助类对象，并且设置绘制相关的参数
*
* @param previewWidth 预览宽度
* @param previewHeight 预览高度
* @param canvasWidth 绘制控件的宽度
* @param canvasHeight 绘制控件的高度
* @param cameraDisplayOrientation 旋转角度
* @param cameraId 相机ID
* @param isMirror 是否水平镜像显示（若相机是手动镜像显示的，设为true，用于纠正）
* @param mirrorHorizontal 为兼容部分设备使用，水平再次镜像
* @param mirrorVertical 为兼容部分设备使用，垂直再次镜像
*/
public DrawHelper(int previewWidth, int previewHeight, int canvasWidth,
int canvasHeight, int cameraDisplayOrientation, int cameraId,
boolean isMirror, boolean mirrorHorizontal, boolean mirrorVertical) {
this.previewWidth = previewWidth;
this.previewHeight = previewHeight;
this.canvasWidth = canvasWidth;
this.canvasHeight = canvasHeight;
this.cameraDisplayOrientation = cameraDisplayOrientation;
this.cameraId = cameraId;
this.isMirror = isMirror;
this.mirrorHorizontal = mirrorHorizontal;
this.mirrorVertical = mirrorVertical;
}
人脸框映射的具体实现
/**
* 调整人脸框用来绘制
*
* @param ftRect FT人脸框
* @return 调整后的需要被绘制到View上的rect
*/
public Rect adjustRect(Rect ftRect) {
// 预览宽高
int previewWidth = this.previewWidth;
int previewHeight = this.previewHeight;
// 画布的宽高，也就是View的宽高
int canvasWidth = this.canvasWidth;
int canvasHeight = this.canvasHeight;
// 相机预览显示旋转角度
int cameraDisplayOrientation = this.cameraDisplayOrientation;
// 相机Id，前置相机在显示时会默认镜像
int cameraId = this.cameraId;
// 是否预览镜像
boolean isMirror = this.isMirror;
// 针对于一些特殊场景做额外的人脸框镜像操作，
// 比如cameraId为CAMERA_FACING_FRONT的相机打开后没镜像、
// 或cameraId为CAMERA_FACING_BACK的相机打开后镜像
boolean mirrorHorizontal = this.mirrorHorizontal;
boolean mirrorVertical = this.mirrorVertical;
if (ftRect == null) {
return null;
}
Rect rect = new Rect(ftRect);
float horizontalRatio;
float verticalRatio;
// cameraDisplayOrientation 为0或180，也就是landscape或reverse-landscape时
// 或
// cameraDisplayOrientation 为90或270，也就是portrait或reverse-portrait时
// 分别计算水平缩放比和垂直缩放比
if (cameraDisplayOrientation % 180 == 0) {
horizontalRatio = (float) canvasWidth / (float) previewWidth;
verticalRatio = (float) canvasHeight / (float) previewHeight;
} else {
horizontalRatio = (float) canvasHeight / (float) previewWidth;
verticalRatio = (float) canvasWidth / (float) previewHeight;
}
rect.left *= horizontalRatio;
rect.right *= horizontalRatio;
rect.top *= verticalRatio;
rect.bottom *= verticalRatio;
Rect newRect = new Rect();
// 关键部分，根据旋转角度以及相机ID对人脸框进行旋转和镜像处理
switch (cameraDisplayOrientation) {
case 0:
if (cameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
newRect.left = canvasWidth - rect.right;
newRect.right = canvasWidth - rect.left;
} else {
newRect.left = rect.left;
newRect.right = rect.right;
}
newRect.top = rect.top;
newRect.bottom = rect.bottom;
break;
case 90:
newRect.right = canvasWidth - rect.top;
newRect.left = canvasWidth - rect.bottom;
if (cameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
newRect.top = canvasHeight - rect.right;
newRect.bottom = canvasHeight - rect.left;
} else {
newRect.top = rect.left;
newRect.bottom = rect.right;
}
break;
case 180:
newRect.top = canvasHeight - rect.bottom;
newRect.bottom = canvasHeight - rect.top;
if (cameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
newRect.left = rect.left;
newRect.right = rect.right;
} else {
newRect.left = canvasWidth - rect.right;
newRect.right = canvasWidth - rect.left;
}
break;
case 270:
newRect.left = rect.top;
newRect.right = rect.bottom;
if (cameraId == Camera.CameraInfo.CAMERA_FACING_FRONT) {
newRect.top = rect.left;
newRect.bottom = rect.right;
} else {
newRect.top = canvasHeight - rect.right;
newRect.bottom = canvasHeight - rect.left;
}
break;
default:
break;
}
/**
* isMirror mirrorHorizontal finalIsMirrorHorizontal
* true true false
* false false false
* true false true
* false true true
*
* XOR
*/
if (isMirror ^ mirrorHorizontal) {
int left = newRect.left;
int right = newRect.right;
newRect.left = canvasWidth - right;
newRect.right = canvasWidth - left;
}
if (mirrorVertical) {
int top = newRect.top;
int bottom = newRect.bottom;
newRect.top = canvasHeight - bottom;
newRect.bottom = canvasHeight - top;
}
return newRect;
}
五、将适配好的人脸框绘制到View上
- 实现一个自定义View
/**
* 用于显示人脸信息的控件
*/
public class FaceRectView extends View {
private static final String TAG = "FaceRectView";
private CopyOnWriteArrayList<DrawInfo> drawInfoList = new CopyOnWriteArrayList<>();
private Paint paint;
public FaceRectView(Context context) {
this(context, null);
}
public FaceRectView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs) {
super(context, attrs);
paint = new Paint();
}
// 主要的绘制操作
@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {
super.onDraw(canvas);
if (drawInfoList != null && drawInfoList.size() > 0) {
for (int i = 0; i < drawInfoList.size(); i++) {
DrawHelper.drawFaceRect(canvas, drawInfoList.get(i), 4, paint);
}
}
}
// 清空画面中的人脸
public void clearFaceInfo() {
drawInfoList.clear();
postInvalidate();
}
public void addFaceInfo(DrawInfo faceInfo) {
drawInfoList.add(faceInfo);
postInvalidate();
}
public void addFaceInfo(List<DrawInfo> faceInfoList) {
drawInfoList.addAll(faceInfoList);
postInvalidate();
}
}
绘制的具体操作，画人脸框
/**
* 绘制数据信息到view上，若 {@link DrawInfo#getName()} 不为null则绘制 {@link DrawInfo#getName()}
*
* @param canvas 需要被绘制的view的canvas
* @param drawInfo 绘制信息
* @param faceRectThickness 人脸框厚度
* @param paint 画笔
*/
public static void drawFaceRect(Canvas canvas, DrawInfo drawInfo, int faceRectThickness, Paint paint) {
if (canvas == null || drawInfo == null) {
return;
}
paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
paint.setStrokeWidth(faceRectThickness);
paint.setColor(drawInfo.getColor());
paint.setAntiAlias(true);
Path mPath = new Path();
//左上
Rect rect = drawInfo.getRect();
mPath.moveTo(rect.left, rect.top + rect.height() / 4);
mPath.lineTo(rect.left, rect.top);
mPath.lineTo(rect.left + rect.width() / 4, rect.top);
//右上
mPath.moveTo(rect.right - rect.width() / 4, rect.top);
mPath.lineTo(rect.right, rect.top);
mPath.lineTo(rect.right, rect.top + rect.height() / 4);
//右下
mPath.moveTo(rect.right, rect.bottom - rect.height() / 4);
mPath.lineTo(rect.right, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.right - rect.width() / 4, rect.bottom);
//左下
mPath.moveTo(rect.left + rect.width() / 4, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.left, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.left, rect.bottom - rect.height() / 4);
canvas.drawPath(mPath, paint);
// 其中需要注意的是，canvas.drawText函数传入的位置，x是水平方向的起点，
// 而 y是 BaseLine，文字会在 BaseLine的上方绘制
if (drawInfo.getName() == null) {
paint.setStyle(Paint.Style.FILL_AND_STROKE);
paint.setTextSize(rect.width() / 8);
String str = (drawInfo.getSex() == GenderInfo.MALE ? "MALE" : (drawInfo.getSex() == GenderInfo.FEMALE ? "FEMALE" : "UNKNOWN"))
+ ","
+ (drawInfo.getAge() == AgeInfo.UNKNOWN_AGE ? "UNKNWON" : drawInfo.getAge())
+ ","
+ (drawInfo.getLiveness() == LivenessInfo.ALIVE ? "ALIVE" : (drawInfo.getLiveness() == LivenessInfo.NOT_ALIVE ? "NOT_ALIVE" : "UNKNOWN"));
canvas.drawText(str, rect.left, rect.top - 10, paint);
} else {
paint.setStyle(Paint.Style.FILL_AND_STROKE);
paint.setTextSize(rect.width() / 8);
canvas.drawText(drawInfo.getName(), rect.left, rect.top - 10, paint);
}
}
- 绘制的具体操作，画人脸框
/**
* 绘制数据信息到view上，若 {@link DrawInfo#getName()} 不为null则绘制 {@link DrawInfo#getName()}
*
* @param canvas 需要被绘制的view的canvas
* @param drawInfo 绘制信息
* @param faceRectThickness 人脸框厚度
* @param paint 画笔
*/
public static void drawFaceRect(Canvas canvas, DrawInfo drawInfo, int faceRectThickness, Paint paint) {
if (canvas == null || drawInfo == null) {
return;
}
paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
paint.setStrokeWidth(faceRectThickness);
paint.setColor(drawInfo.getColor());
paint.setAntiAlias(true);
Path mPath = new Path();
//左上
Rect rect = drawInfo.getRect();
mPath.moveTo(rect.left, rect.top + rect.height() / 4);
mPath.lineTo(rect.left, rect.top);
mPath.lineTo(rect.left + rect.width() / 4, rect.top);
//右上
mPath.moveTo(rect.right - rect.width() / 4, rect.top);
mPath.lineTo(rect.right, rect.top);
mPath.lineTo(rect.right, rect.top + rect.height() / 4);
//右下
mPath.moveTo(rect.right, rect.bottom - rect.height() / 4);
mPath.lineTo(rect.right, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.right - rect.width() / 4, rect.bottom);
//左下
mPath.moveTo(rect.left + rect.width() / 4, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.left, rect.bottom);
mPath.lineTo(rect.left, rect.bottom - rect.height() / 4);
canvas.drawPath(mPath, paint);
// 其中需要注意的是，canvas.drawText函数传入的位置，x是水平方向的起点，
// 而 y是 BaseLine，文字会在 BaseLine的上方绘制
if (drawInfo.getName() == null) {
paint.setStyle(Paint.Style.FILL_AND_STROKE);
paint.setTextSize(rect.width() / 8);
String str = (drawInfo.getSex() == GenderInfo.MALE ? "MALE" : (drawInfo.getSex() == GenderInfo.FEMALE ? "FEMALE" : "UNKNOWN"))
+ ","
+ (drawInfo.getAge() == AgeInfo.UNKNOWN_AGE ? "UNKNWON" : drawInfo.getAge())
+ ","
+ (drawInfo.getLiveness() == LivenessInfo.ALIVE ? "ALIVE" : (drawInfo.getLiveness() == LivenessInfo.NOT_ALIVE ? "NOT_ALIVE" : "UNKNOWN"));
canvas.drawText(str, rect.left, rect.top - 10, paint);
} else {
paint.setStyle(Paint.Style.FILL_AND_STROKE);
paint.setTextSize(rect.width() / 8);
canvas.drawText(drawInfo.getName(), rect.left, rect.top - 10, paint);
}
}
温馨提示：
本来自己研究了较长时间，后来发现虹软人脸识别Android Demo中早已给出该适配方案，上述代码也源于官方Demo，通过研读Demo，发现其中还提供了很多其他在接入虹软人脸识别SDK时可能用到的优化策略，如：
- 通过异步人脸特征提取实现多人脸识别
- 使用faceId优化识别逻辑
- 识别时的画框适配方案
- 打开双摄进行红外活体检测
Android Demo可在虹软人脸识别开放平台下载