作者： 派森醬

來源：Python 技術(shù)

隨著圣誕節(jié)的到來，節(jié)日氣氛也越來越濃厚。大街上隨處可見掛滿飾品的圣誕樹，好多小伙伴的頭上也多了一頂紅色牛角的圣誕帽。

往年在這個(gè)時(shí)候，好多 P圖軟件 會(huì)推出給頭像加一頂圣誕帽的功能，甚至有一年大伙 @微信官方 就可以在自己的微信頭像上加一頂圣誕帽。

作為一個(gè)學(xué)習(xí) Python 的技術(shù)人，自己可以寫程序?qū)崿F(xiàn)這個(gè)功能，做成一個(gè)軟件當(dāng)然是一件很酷的事情了。

今天就給大家分享一下如何用 Python 制作一款自動(dòng)給頭像添加圣誕帽的軟件。

如果不想看實(shí)現(xiàn)，可以直接跳到文末獲取軟件。

思路

我們的 頭像添加圣誕帽軟件 制作的大致思路如下：

• 要實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件，我們需要制作一個(gè) GUI 界面，供用戶操作。
• 要實(shí)現(xiàn)頭像戴圣誕帽功能，我們需要用戶上傳一張頭像，我們還需要準(zhǔn)備一頂圣誕帽子圖片。
• 要把圣誕帽戴在頭像上，我們需要識別頭像中的人臉和頭部特征，然后將帽子放在頭頂合成一張圖片。

基于以上思路，我們制作這款軟件的關(guān)鍵詞有：

• GUI 界面
• 圣誕帽圖片
• 頭像圖片
• 人臉識別
• 打包軟件

實(shí)現(xiàn)

看了以上思路，相信大家腦海中已經(jīng)對這個(gè)軟件制作的過程有了一個(gè)大致的框架了。我們的實(shí)現(xiàn)主要分為：圖像制作、GUI界面、打包三大塊內(nèi)容。

準(zhǔn)備工作

首先列舉一下本次軟件制作過程中需要用的的一些包模塊：

• cv2

pip install opencv-python

• os

python 系統(tǒng)模塊

• dlib

pip install dlib

• numpy

pip install pandas

• PySimpleGUI

pip install PySimpleGui

溫馨提示：這其中安裝 dlib 會(huì)遇到很多坑以及很多困難，一般需要一邊安裝一邊上網(wǎng)搜索報(bào)錯(cuò)，從而找到解決辦法。保證安裝過一次之后不想嘗試第二次。

圖像制作

準(zhǔn)備圣誕帽

我們需要準(zhǔn)備一個(gè)圣誕帽的圖片，格式最好為 png ，因?yàn)?png 圖片我們可以直接用 Alpha通道 作為掩膜使用。如果是 jpg 圖片，需要先轉(zhuǎn)換成 png 格式圖片。注意這里的轉(zhuǎn)換不是只改個(gè)后綴名，那樣是行不通的。

我們用到的圣誕帽如下圖：

為了能夠與 RGB 通道的頭像圖片進(jìn)行運(yùn)算，我們需要把圣誕帽圖像分離成 RGB 通道圖像和 alpha通道圖像：

r,g,b,a = cv2.split(hat_img)
rgb_hat = cv2.merge((r,g,b))
cv2.imwrite("hat_alpha.jpg",a)

分離之后，得到的 alpha通道圖像如下所示：

人臉識別

我從我的百寶箱中選擇了一張傻萌傻萌的圖片作為程序的測試圖片。

大家注意，因?yàn)槲覀円?a href='/map/renlianshibie/' style='color:#000;font-size:inherit;'>人臉識別，然后自動(dòng)添加帽子，所以選擇的圖片一定要是真人的正面照片，不然識別不了人臉，也就不知道在哪添加圣誕帽。

下面我們用 dlib 的正臉檢測器進(jìn)行人臉檢測，用 dlib 提供的模型提取人臉的五個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。代碼如下：

# dlib人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測器 predictor_path = "shape_predictor_5_face_landmarks.dat" predictor = dlib.shape_predictor(predictor_path)   # dlib正臉檢測器 detector = dlib.get_frontal_face_detector()  # 正臉檢測 dets = detector(img, 1)  # 如果檢測到人臉 if len(dets)>0:  for d in dets: x,y,w,h = d.left(),d.top(), d.right()-d.left(), d.bottom()-d.top()  # x,y,w,h = faceRect  cv2.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),(255,0,0),2,8,0)  # 關(guān)鍵點(diǎn)檢測，5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) shape = predictor(img, d) for point in shape.parts(): cv2.circle(img,(point.x,point.y),3,color=(0,255,0)) cv2.imshow("image",img) cv2.waitKey()  

我們把圖片打印出來的效果是這樣的：

看到這個(gè)圖片是不是有點(diǎn)熟悉，網(wǎng)上好多人臉識別的圖片都是這樣的。

調(diào)整帽子大小

我們選取兩個(gè)眼角的點(diǎn)，求中心作為放置帽子的x方向的參考坐標(biāo)，y 方向的坐標(biāo)用人臉框上線的 y 坐標(biāo)表示。

然后我們根據(jù)人臉檢測得到的人臉的大小調(diào)整帽子的大小，使得帽子大小合適。

看到這里，你應(yīng)該明白，我們頭像的圖片中人的臉越正面那么我們制作出來的效果越好。

 # 選取左右眼眼角的點(diǎn) point1 = shape.part(0) point2 = shape.part(2)  # 求兩點(diǎn)中心 eyes_center = ((point1.x+point2.x)//2,(point1.y+point2.y)//2)  #  根據(jù)人臉大小調(diào)整帽子大小 factor = 1.5 resized_hat_h = int(round(rgb_hat.shape[0]*w/rgb_hat.shape[1]*factor)) resized_hat_w = int(round(rgb_hat.shape[1]*w/rgb_hat.shape[1]*factor)) if resized_hat_h > y: resized_hat_h = y-1  # 根據(jù)人臉大小調(diào)整帽子大小 resized_hat = cv2.resize(rgb_hat,(resized_hat_w,resized_hat_h)) 

帽子區(qū)域處理

我們先將帽子的 alpha通道 作為 mask掩膜：

mask = cv2.resize(a,(resized_hat_w,resized_hat_h)) mask_inv =  cv2.bitwise_not(mask)

接著，從人像圖中去除需要添加帽子的區(qū)域：

 # 帽子相對與人臉框上線的偏移量 dh = 0 dw = 0  # 原圖ROI  # bg_roi = img[y+dh-resized_hat_h:y+dh, x+dw:x+dw+resized_hat_w] bg_roi = img[y+dh-resized_hat_h:y+dh,(eyes_center[0]-resized_hat_w//3):(eyes_center[0]+resized_hat_w//3*2)]  # 原圖ROI中提取放帽子的區(qū)域 bg_roi = bg_roi.astype(float) mask_inv = cv2.merge((mask_inv,mask_inv,mask_inv)) alpha = mask_inv.astype(float)/255  # 相乘之前保證兩者大小一致（可能會(huì)由于四舍五入原因不一致） alpha = cv2.resize(alpha,(bg_roi.shape[1],bg_roi.shape[0]))  # print("alpha size: ",alpha.shape)  # print("bg_roi size: ",bg_roi.shape) bg = cv2.multiply(alpha, bg_roi) bg = bg.astype('uint8') 

提取后的效果圖如下：

接下來，我們提取圣誕帽的區(qū)域：

hat = cv2.bitwise_and(resized_hat,resized_hat,mask = mask)

提取后的效果圖如下：

蓋帽

圖像處理的最后一步是蓋帽了，就是把提取的圣誕帽區(qū)域和圖片中提取的區(qū)域相加，然后再放到原圖中去。這里需要注意的就是，相加之前resize一下保證兩者大小一致

# 相加之前保證兩者大小一致（可能會(huì)由于四舍五入原因不一致） hat = cv2.resize(hat,(bg_roi.shape[1],bg_roi.shape[0])) # 兩個(gè)ROI區(qū)域相加 add_hat = cv2.add(bg,hat) # cv2.imshow("add_hat",add_hat)  # 把添加好帽子的區(qū)域放回原圖 img[y+dh-resized_hat_h:y+dh,(eyes_center[0]-resized_hat_w//3):(eyes_center[0]+resized_hat_w//3*2)] = add_hat 

最后，我們得到的效果圖如下：

GUI界面

我們先來看效果圖：

然后再來看這部分的實(shí)現(xiàn)代碼：

import PySimpleGUI as sg import os.path import cv2

file_list_column = [
    [sg.Submit('生成', key='Go', size=(15, 1)), sg.Cancel('退出', key='Cancel', size=(15, 1))],
    [
        sg.Text("圖片位置（選擇文件夾）"),
        sg.In(size=(25, 1), enable_events=True, key="-FOLDER-"),
        sg.FolderBrowse('瀏覽'),
    ],
    [
        sg.Listbox(
            values=[], enable_events=True, size=(40, 20), key="-FILE LIST-" )
    ]
]
image_viewer_column = [
    [sg.Text("從左邊圖片列表中選擇一張圖片:")],
    [sg.Image(key="-IMAGE-")]
]
layout = [
    [
        sg.Column(file_list_column),
        sg.VSeperator(),
        sg.Column(image_viewer_column),
    ]
]
window = sg.Window("人像添加圣誕帽軟件", layout)
filename = '' while True:
    event, values = window.read() if event == "Cancel" or event == sg.WIN_CLOSED: break if event == "-FOLDER-":
        folder = values["-FOLDER-"] try:
            file_list = os.listdir(folder) except:
            file_list = []
        fnames = [
            f for f in file_list if os.path.isfile(os.path.join(folder, f)) and f.lower().endswith((".jpg", ".png"))
        ]
        window["-FILE LIST-"].update(fnames) elif event == "-FILE LIST-": try:
            filename = os.path.join(values["-FOLDER-"], values["-FILE LIST-"][0]) if filename.endswith('.jpg'):
                im = cv2.imread(filename)
                cv2.imwrite(filename.replace('jpg', 'png'), im)
            window["-IMAGE-"].update(filename=filename.replace('jpg', 'png')) except Exception as e:
            print(e) elif event == "Go": try: # output = add_hat(filename) # 展示效果 # cv2.imshow("output",output) # cv2.waitKey(0) # cv2.imwrite("output.png",output) # print(output) window["-IMAGE-"].update(filename='output.png') except:
            print('OMG！添加失敗了！')

        cv2.destroyAllWindows()

這里我選用的是 PySimpleGUI 框架來做的，比較簡單。界面分為左右兩部分，左邊是兩個(gè)按鈕（確定和取消）加一個(gè)文件夾選擇器，再加一個(gè)圖片文件列表；右邊是一個(gè)圖片展示框。

左邊選擇文件夾后，會(huì)在下方列出文件夾里包含 .png 和 .jpg 的圖片列表。點(diǎn)擊圖片列表中的圖片，會(huì)在右邊顯示你所選擇的圖片。這個(gè)選中的圖片也就是我們后面需要添加圣誕帽的圖片。

這里需要注意的是，PySimpleGUI 的圖片展示默認(rèn)只支持 png 格式的，所以我在展示的時(shí)候做了判斷，如果是 jpg 格式的圖片，我就用 cv2 將其轉(zhuǎn)換成 png 格式，然后再進(jìn)行展示。

到這里，我們的關(guān)鍵步驟就完成了。接下來就是將我們兩部分代碼進(jìn)行整合。其實(shí)也很簡單，只需要在 GUI 界面上用戶點(diǎn)擊 “生成” 按鈕時(shí)，后臺接收到圖片的路徑，傳遞給我們的圖片處理函數(shù)，在處理完后將圖片保存在文件夾下，并更新 GUI 界面右邊的展示的圖片即可。

最終的運(yùn)行效果：

打包軟件

打包軟件我們還是用熟悉的 pyinstaller 模塊，將代碼打包成可執(zhí)行的 exe 格式。

首先下載我們所需的模塊包：

pip install pyinstaller

接著在命令行敲下打包命令：

pyinstaller christmashat.py

這個(gè) christmashat.py 就是我們所寫的程序了。

打包比較耗時(shí)，耐心等著就行。打包完成后，在我們代碼的目錄下會(huì)生成三個(gè)文件夾：

• __pycache__
• build
• dist

我們只需要關(guān)注 dist 就行。dist 文件夾下面是 christmashat 子文件夾，再進(jìn)去就可以找到我們的 christmashat.exe 文件了。由于我們的程序運(yùn)行有兩個(gè)依賴文件，分別是我們的圣誕帽圖片和我們的人臉識別訓(xùn)練集，所以我們需要將這兩個(gè)文件放入這個(gè) EXE 文件所在的文件夾下。

現(xiàn)在雙擊 christmashat.exe 文件就可以正常運(yùn)行了。

總結(jié)

本文從一個(gè)實(shí)際需求出發(fā)，向大家講解了一個(gè)頭像添加圣誕帽軟件的誕生過程。相對于之前的一些小應(yīng)用來說，涉及的知識點(diǎn)較多，可能還是有點(diǎn)復(fù)雜的。其中有一些知識點(diǎn)限于篇幅原因沒有詳細(xì)講解，大家可以自己私下補(bǔ)充。