使用Python编写的换脸软件
这是一个使用Python编写的换脸软件，所提供的换脸功能包含以下两个场景：
- 将图像B上的人脸换成图像A上的人脸，生成换脸图片。
- 将视频B上的人脸换成图像A上的人脸，生成换脸视频。
整体上，程序由两个过程组成：人脸检测和提取、人脸转换，分别实现于文件
detect.py
和
convert.py
，两个阶段分别提供可选选项：包括图像变换的方法（2D变换和3D变换）和是否进行色彩调和。
在图形界面上（实现文件：
gui.py
），提供生成的图片、视频预览功能，生成的图像视频会自动保存到
out
文件夹。
使用指南
准备
- 安装 Ananconda 或 Pycharm 以编译运行文件。
推荐 Python版本：3.8.3
- 检查是否安装如下库，以及版本是否满足要求：
| 库 | 推荐版本 |
|---|---|
| numpy | >= 1.20.3 |
| scipy | >= 1.6.2 |
| opencv-python | >= 4.5.1.48 |
| dlib | >= 19.22.0 |
你可以通过 pip 或者 conda 进行安装或更新，例如在 Anaconda Prompt 界面下输入：
pip install numpy==1.20.3
pip install scipy==1.6.2
pip install opencv-python==4.5.1.48
pip install dlib==19.22.0
运行
- 在 Anaconda Prompt 进入对应文件夹后，输入
python main.py
即可开启界面，也可以直接在 Pycharm 中右键运行，开启后界面如下：
运行效果
相对而言，3D Warp面部变化的效果由于2D Warp， 2D在边缘区域处理得不是很好；使用肤色调和（Color Correction）的效果也往往优于不使用肤色调和。
- 不同选项的换脸效果 - I (3D Warp + Color Correction)
| Result Image | |
|---|---|
|
|
- 不同选项的换脸效果 - I (3D Warp + Without Color Correction)
| 2D Warp + Without Color Correct | 2D Warp + Color Correct |
|---|---|
|
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| 3D Warp + Without Color Correct | 3D Warp + Color Correct |
|---|---|
|
|
- 不同选项的换脸效果 - II (2D Warp + Color Correction)
下面可以明显看出2D Warp和3D Warp的不同效果：
| 2D Warp | 2D Warp + Color Correction | 3D Warp | 3D Warp + Color Correction |
|---|---|---|---|
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|
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- 视频换脸效果：视频换脸是按帧一一处理的，比较耗时。
关键算法
- 人脸检测与提取
-
keypoints_detection- 通过人脸五官68个关键点识别人脸集合，基于dlib.shape_predictor函数和数据集shape_predictor_68_face_landmarks.dat -
face_selection- 选取指定人脸 - 人脸变换
-
face_swap- 人脸变换核心函数，步骤为：- 仿射变换 （2D/3D）
- 生成掩膜
- 颜色校正 （选）
- 无缝接合
-
image_warping_2d- 2D仿射变换 ，通过调用cv2的warpAffine函数计算脸部映射后的人脸图像-
points_transformation- 生成两份人脸关键点集的三角仿射变换矩阵M，作为2D Warping的关键参数。
-
-
image_warping_3d- 3D仿射变换 ，通过将图像变换为三角性构成的集合（借助spatial.Delaunay），对每个三角形区域进行运算和插值最后得到脸部映射后的人脸图像-
grid_coordination- 获取点集对应的背景网格 -
bilinear_interpolation- 对人脸关键点坐标进行 双线性插值 处理，通过这个函数可以实现在改变图像大小的同时尽可能保证清晰度，用于人脸部分的缩放。 -
triangular_affine_matrices- 生成源点集到目标点集的 三角仿射矩阵
-
-
mask_generation- 生成掩膜 ：借助cv2.fillConvexPoly填充凸多边形遮挡 -
color_correction- 通过 高斯滤波 进行人脸肤色调和
实现参考
该软件主要参考开源代码：https://github.com/wuhuikai/FaceSwap ，并复现其核心算法部分。
参考文献
- 基于J2EE的远程网络教育系统研究与实现（电子科技大学·陈南荪）
- 基于J2EE/SSH在线代码评测系统的设计与实现（电子科技大学·陈元静）
- 基于SSH架构的个人空间交友网站的设计与实现（北京邮电大学·隋昕航）
- 印刷公司内容管理平台的设计与实现（吉林大学·郎彩虹）
- 印刷公司内容管理平台的设计与实现（吉林大学·郎彩虹）
- 成语电子词典系统的设计与实现（电子科技大学·刘健）
- 基于J2EE平台的工作流管理系统的运行引擎和客户端及管理工具的设计与实现（西北大学·门浩）
- 基于J2EE/SSH在线代码评测系统的设计与实现（电子科技大学·陈元静）
- 基于视频分享社交系统后台的设计与研发（中国地质大学(北京)·刘昌瑞）
- Facial Expression Recognition Based on Deep Learning（湖南大学·PHAENGKHAMME NA Mr.）
- 基于web的人脸识别登陆和管理系统设计与实现（郑州大学·王哲）
- 交互式熊猫拍照系统设计与实现（电子科技大学·程小虎）
- 基于CNN的交互式巨幅人物合照展示系统设计与实现（华中师范大学·刘燕）
- 网络流量统计分析系统（吉林大学·石景龙）
- 印刷公司内容管理平台的设计与实现（吉林大学·郎彩虹）
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