本期推荐的是一个人脸表情识别系统——FacialExpressionRecognition。
中金公司研报指出人脸识别技术是VR社交元宇宙的核心技术。
FacialExpressionRecognition是人脸表情识别系统源码。项目使用经典的卷积神经网络，模型的构建主要参考2018年CVPR的几篇论文以及谷歌的Going Deeper的设计，识别人面部的表情特征，如开心、伤心、生气、中性等。在尝试了Gabor、LBP等传统人脸特征提取方式基础上，深度模型效果显著。目前在FER2013、JAFFE和CK+三个表情识别数据集上进行模型评估。
环境部署
基于Python3和Keras2（TensorFlow后端），具体依赖安装如下(推荐使用conda虚拟环境)：
git clone https://github.com/luanshiyinyang/FacialExpressionRecognition.git
cd FacialExpressionRecognition
conda create -n FER python=3.6 -y
conda activate FER
conda install cudatoolkit=10.1 -y
conda install cudnn=7.6.5 -y
pip install -r requirements.txt如果你是Linux用户，直接执行根目录下的 env.sh 即可一键配置环境，执行命令为 bash env.sh 。
数据准备
数据集和预训练模型均已经上传到百度网盘：
https://pan.baidu.com/share/init?surl=LFu52XTMBdsTSQjMIPYWnw ，提取密码为 2pmd 。
下载后将 model.zip 移动到根目录下的 models 文件夹下并解压得到一个 *.h5 的模型参数文件，将 data.zip 移动到根目录下的 dataset 文件夹下并解压得到包含多个数据集压缩文件，均解压即可得到包含图像的数据集（其中rar后缀的为原始jaffe数据集，这里建议使用我处理好的）。
项目说明
传统方法
- 数据预处理：图片降噪、人脸检测（HAAR分类器检测（opencv））
- 特征工程：人脸特征提取（LBP、Gabor）
- 分类器：SVM
深度方法
- 人脸检测：HAAR分类器、MTCNN（效果更好）
- 卷积神经网络：用于特征提取+分类
网络设计
使用经典的卷积神经网络，模型的构建主要参考2018年CVPR几篇论文以及谷歌的Going Deeper设计如下网络结构，输入层后加入(1,1)卷积层增加非线性表示且模型层次较浅，参数较少（大量参数集中在全连接层）。
模型训练
主要在FER2013、JAFFE、CK+上进行训练，JAFFE给出的是半身图因此做了人脸检测。最后在FER2013上Pub Test和Pri Test均达到67%左右准确率（该数据集爬虫采集存在标签错误、水印、动画图片等问题），JAFFE和CK+5折交叉验证均达到99%左右准确率（这两个数据集为实验室采集，较为准确标准）。
执行下面的命令将在指定的数据集（fer2013或jaffe或ck+）上按照指定的batch_size训练指定的轮次。训练会生成对应的可视化训练过程，下图为在三个数据集上训练过程的共同绘图。
python src/train.py --dataset fer2013 --epochs 300 --batch_size 32
模型应用
与传统方法相比，卷积神经网络表现更好，使用该模型构建识别系统，提供GUI界面和摄像头实时检测（摄像必须保证补光足够）。预测时对一张图片进行水平翻转、偏转15度、平移等增广得到多个概率分布，将这些概率分布加权求和得到最后的概率分布，此时概率最大的作为标签（也就是使用了推理数据增强）。
GUI界面
注意：GUI界面预测只显示最可能是人脸的那个脸表情，但是对所有检测到的人脸都会框定预测结果并在图片上标记，标记后的图片在output目录下。
执行下面的命令即可打开GUI程序，该程序依赖PyQT设计，在一个测试图片（来源于网络）上进行测试效果如下图。
python src/gui.py
上图的GUI反馈的同时，会对图片上每个人脸进行检测并表情识别，处理后如下图。
实时检测
实时检测基于Opencv进行设计，旨在用摄像头对实时视频流进行预测，同时考虑到有些人的反馈，当没有摄像头想通过视频进行测试则修改命令行参数即可。
使用下面的命令会打开摄像头进行实时检测（ESC键退出），若要指定视频进行进行检测，则使用下面的第二个命令。
python src/recognition_camera.pypython src/recognition_camera.py --source 1 --video_path 视频绝对路径或者相对于该项目的根目录的相对路径下图是动态演示的某个视频上的识别结果。
该项目使用GPL3.0开源协议，更多内容大家可自行前往阅读。
