Python 毕业设计基于 opencv、Dlib 的人脸识别门禁系统代码+使用教程

# fracs ## 介绍 人脸识别门禁系统 Face recognition access control system (FRACS) ## 开发环境和工具 ### 1. 开发工具： * VSCode ### 2. 语言： * 核心：Python3 * 界面：QML -> QtQuick -> Qt ### 3. Python依赖库： * 界面相关：PyQt5/PySide2 -> Qt5(C++) * 输入法插件：QtVirtualKeyboard （对于树莓派，需要单独安装） * 摄像头：opencv-python-headless(不含GUI和contrib) -> OpenCV (C++) * 人脸识别：face_recognition -> dlib -> DLib(C++) 说明： * 对于Qt5的Python集成，有两个主流的库可用：PyQt5和PySide2 * PySide2在代码上基本与PyQt5兼容 * 这里我们同时使用了PySide2和PyQt5，但是只会有其中一个会生效 * 在PC平台，通过PIP安装的PySide2集成了qtvirtualkeyboard * 而PyQt5则还需要单独下载Qt的qtvirtualkeyboard依赖，较为不方便 * 不过对于树莓派来说，无论是PyQt5还是PySide2，qtvirtualkeyboard都需要单独安装 * 但是我们的项目使用PySide2的话，将存在严重的内存泄漏（由PySide2导致） * 因此，在默认情况下，树莓派使用PyQt5，而PC端使用PySide2 ## 环境搭建 ### Ubuntu PC #### 1. 安装系统依赖 ```bash sudo apt install -y python3 python3-pip sudo apt install -y cmake build-essential ``` #### 2. 安装Python库 ```bash # 安装PySide2（PC上默认使用PySide2，而不是PyQt5） python3 -m pip install pyside2 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装opencv-python-headless python3 -m pip install opencv-python-headless -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装face_recognition python3 -m pip install face_recognition -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ``` 注意：python库`face_recognition`依赖于dlib，dlib是通过编译安装的，如果该库安装失败，请尝试单独安装dlib ### Windows 10 #### 1. 安装MSVC工具链（可以考虑直接安装VS2019） 通过 https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/downloads/ 下载“Visual Studio 2019”社区版安装器 打开安装器，勾选“使用C++的桌面开发”，然后安装。 说明：安装MSVC工具链的原因是，人脸识别库face_recognition是基于dlib的，dlib需要编译安装， MSVC工具链将作为编译dlib的工具（在安装face_recognition时会自动编译dlib，不需要手动操作，保证工具链是安装上的即可）。 #### 3. 安装Python 通过访问Python官网 https://www.python.org/downloads/ 下载最新版本的Python安装程序安装Python #### 4. 安装Python库 ```bash # 安装CMAKE（dlib编译依赖） python3 -m pip install cmake --upgrade -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装Boost（dlib编译依赖） python3 -m pip install boost -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装PySide2（PC上默认使用PySide2，而不是PyQt5） python3 -m pip install pyside2 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装opencv-python-headless python3 -m pip install opencv-python-headless -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装face_recognition（依赖于dlib，安装前会自动下载并编译dlib） python3 -m pip install face_recognition -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ``` ### 树莓派 (Raspbian) #### 0、 注意事项 * 确保系统是buster版本（通过命令：lsb_release -a 可查看系统版本） * 确保存储空间不低于16G，建议16G * 建议使用树莓派4B 2G或更高配置的硬件 * 树莓派显示器分辨率编不要低于800x480 #### 1. 修改交换空间 对于树莓派，dlib需要较大的交换空间，默认的空间不够，至少需要配置1G的交换空间。 交换空间通过修改配置文件/etc/dphys-swapfile来完成，把`CONF_SWAPSIZE`设为1024即可 然后通过命令`dphys-swapfile restart`来时修改生效。 可以通过以下命令完成配置： ```bash sudo sed -i '/^CONF_SWAPSIZE=/cCONF_SWAPSIZE=1024' /etc/dphys-swapfile sudo /etc/init.d/dphys-swapfile restart ``` #### 2. 安装系统依赖 ```bash sudo apt update -y sudo apt upgrade -y sudo apt install -y python3 python3-pip sudo apt install -y cmake build-essential sudo apt install -y libatlas-base-dev ``` #### 3. 安装PyQt5 从目前的测试情况来看，PySide2在树莓派上存在严重的内存泄漏问题，因此在树莓派上使用PyQt5 由于我们使用到了PyQt5的一些插件，为了确保版本一致，这里需要使用apt安装PyQt5，而不能使用pip安装 ```bash # 安装PyQt5 sudo apt install -y python3-pyqt5 python3-pyqt5.qtquick # 安装QML依赖 sudo apt install -y qml-module-qtquick2 qml-module-qtquick-controls2 sudo apt install -y qml-module-qtquick-window2 qml-module-qtquick-layouts sudo apt install -y qml-module-qt-labs-folderlistmodelg sudo apt install -y qml-module-qtquick-virtualkeyboard sudo apt install -y qtvirtualkeyboard-plugin ``` #### 4. 安装Python库 ```bash # 更新 pip python3 -m pip install pip --upgrade -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple # 安装opencv-python-headless python3 -m pip install opencv-python-headless -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ``` #### 5. 编译安装dlib 和PC端不同的是，树莓派需要单独编译dlib，下载dlib源码，然后编译： ```bash git clone https://gitee.com/mxb360/dlib.git _dlib cd _dlib sudo python3 setup.py install ``` #### 6. 安装face_recognition dlib编译安装完成之后，开始安装人脸识别库face_recognition ``` python3 -m pip install face_recognition -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ``` ## 设计说明 ### 框架 fracs分为两个大部分组成：由QtQuick(Qml)完成的`界面流程`逻辑以及由Python完成`功能实现`流程逻辑 #### Qml界面流程 由用户操作的界面相关实现采用Qml语言。其实现位于resource/qml里。 所有的界面都通过resource/qml/main.qml加载，该文件会被QQuickView加载，从而在Python代码里加载整个Qml界面系统。 在当前的设计里，所有的Qml界面都会在main.qml里同时被加载，但是所有的界面默认都是不显示的。他们会等待Python代码的调控。 在main.qml里被加载的有以下类型： 主界面，密码认证界面，各个选项的主界面，输入法界面。 还有一些不是界面，是不可显示的Qml对象，如字体加载器，负责与Python交互的连接器和Qml功能调度器。 目前版本的fracs由以下界面构成： * 主界面 主界面即fracs启动之后的看到的界面，包含人脸识别状态开门状态，也就是正常工作时的状态。 该界面实现文件是resources/qml/AccessControl.qml 界面的具体实现参见resources/qml/AccessControl.qml里的相关注释 * 选项菜单 该界面是嵌套在主界面里的一个子界面 在主界面点击选项按钮会打开选项菜单，盖菜单被嵌入到摄像头画面的左上角。选项菜单里包含了各种选项，用于配置功能和数据录入。 其实现文件是resources/qml/OptionsPopup.qml * 密码认证界面 在进行任何操作时，都需要密码认证，密码认证 该界面实现文件是resources/qml/Auth.qml * 密码修改界面 用于修改管理员密码的界面 其实现文件是resources/qml/ChangePassword.qml * 人脸录入界面 用于录入人脸信息的界面 该界面基于Qml的StackView组件，来切换子界面 其实现文件是resources/qml/FaceRecord.qml * 开门记录界面 用于展示开门记录的界面 其实现文件是resources/qml/AccessData.qml * 未实现的功能代替界面 用于代替暂时为实现的的功能的界面 其实现文件是resources/qml/Unimplemented.qml