作者：Gregg Mojica，原文鏈接，原文日期：2016-09-06
譯者：智多芯；校對(duì)：Crystal Sun；定稿：CMB

Core Image 是 Cocoa Touch 框架提供的功能強(qiáng)大的 API，是 iOS SDK 中常常被忽視的關(guān)鍵部件。本教程將嘗試探索 Core Image 提供的人臉識(shí)別功能，并將其應(yīng)用到 iOS App 中。

注：這是中高級(jí) iOS 教程，本教程假設(shè)你已經(jīng)使用過類似 UIImagePicker，Core Image 等技術(shù)。如果你對(duì)這些還不熟悉，先看看我們的 iOS 教程系列，等你準(zhǔn)備好了再看這篇文章。

接下來要做的事

自從 iOS 5（大概在2011年左右）之后，iOS 開始支持人臉識(shí)別，只是用的人不多。人臉識(shí)別 API 讓開發(fā)者不僅可以進(jìn)行人臉檢測(cè)，還能識(shí)別微笑、眨眼等表情。

首先創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，探索一下 Core Image 提供的人臉識(shí)別技術(shù)，該應(yīng)用可以識(shí)別出照片中的人臉并用方框?qū)⑷四樋蚱饋?。在第二個(gè)例子中，用戶可以拍照并檢測(cè)照片上是否有人臉出現(xiàn)，如果有則提取人臉坐標(biāo)。通過這兩個(gè)例子，你將學(xué)會(huì) iOS 上所有關(guān)于人臉識(shí)別的技術(shù)，并充分利用它強(qiáng)大卻經(jīng)常被忽視的功能。

下面開始吧！

設(shè)置工程

下載并在 Xcode 中打開起始工程。該工程中的 Storyboard 僅包含一個(gè)已連接到代碼的 IBOutlet 和 imageView。

注：項(xiàng)目中的圖片由 unsplash.com 提供。

在開始使用 Core Image 進(jìn)行人臉識(shí)別之前，需要將 Core Image 庫導(dǎo)入項(xiàng)目中。打開 ViewController.swift 文件，在文件最上方插入如下代碼：

import CoreImage

用 Core Image 實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)

在起始工程的 storyboard 里包含一個(gè)通過 IBOutlet 連接到代碼中的 imageView。下一步將實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)的代碼。先把以下代碼加入 swift 文件中，后面再解釋：

func detect() {
    guard let personciImage = CIImage(image: personPic.image!) else {
        return
    }
    
    let accuracy = [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh]
    let faceDetector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace, context: nil, options: accuracy)
    let faces = faceDetector?.features(in: personciImage)
    
    for face in faces as! [CIFaceFeature] {
        print("Found bounds are \(face.bounds)")
        
        let faceBox = UIView(frame: face.bounds)
        faceBox.layer.borderWidth = 3
        faceBox.layer.borderColor = UIColor.red.cgColor
        faceBox.backgroundColor = UIColor.clear
        personPic.addSubview(faceBox)
        
        if face.hasLeftEyePosition {
            print("Left eye bounds are \(face.leftEyePosition)")
        }
        
        if face.hasRightEyePosition {
            print("Right eye bounds are \(face.rightEyePosition)")
        }
    }
}

這里解釋一下上面的代碼：

• 第 3 行：從 storyboard 中的 UIImageView 提取出 UIImage 并轉(zhuǎn)換成 CIImage，將其保存在新創(chuàng)建的 personciImage 變量中。Core Image 需要用到 CIImage。
• 第 7 行：創(chuàng)建一個(gè) accuracy 變量并設(shè)置為 CIDetectorAccuracyHigh。你可以選擇 CIDetectorAccuracyHigh 或 CIDetectorAccuracyLow。本文希望得到高精度的結(jié)果，因此選擇了 CIDetectorAccuracyHigh。
• 第 8 行：創(chuàng)建一個(gè) faceDetector 變量并設(shè)置為 CIDetector 的實(shí)例。實(shí)例化 CIDetector 時(shí)將前文創(chuàng)建的 accuracy 作為參數(shù)傳入。
• 第 9 行：通過調(diào)用 faceDetector 的 features(in:) 方法可檢測(cè)出給定圖像的所有人臉，最終以數(shù)組的形式返回所有人臉。
• 第 11 行：遍歷數(shù)組中所有的人臉，并將其轉(zhuǎn)換為 CIFaceFeature 類型。
• 第 15 行：創(chuàng)建一個(gè) UIView 實(shí)例并命名為 faceBox，然后根據(jù) faces.first 設(shè)置其大小。這將畫一個(gè)方框用于高亮檢測(cè)到的人臉。
• 第 17 行：將 faceBox 的邊框?qū)挾仍O(shè)為 3。
• 第 18 行：將邊框顏色設(shè)置為紅色。
• 第 19 行：將背景色設(shè)為透明，表示該視圖沒有可見的背景。
• 第 20 行：最后，將該視圖添加到 personPic 視圖中。
• 第 22-28 行：這些 API 不僅可以檢測(cè)出人臉，還能檢測(cè)出人臉的左右眼，但本文就不在圖像中高亮人眼了。本文只想展示一些 CIFaceFeature 的相關(guān)屬性。

接著調(diào)用在 viewDidLoad中調(diào)用 detect 方法，在方法中增加下列一行代碼：

detect()

編譯并運(yùn)行程序，可以看到如下效果：

根據(jù)控制臺(tái)的輸出結(jié)果，似乎可以檢測(cè)出人臉：

Found bounds are (177.0, 415.0, 380.0, 380.0)

還有幾個(gè)問題沒有處理：

• 人臉識(shí)別程序應(yīng)用于原始圖像上，而原始圖像有著比 imageView 更高的分辨率。另外，工程中 imageView 的 content mode 被設(shè)置為 aspect fit。為了正確地畫出檢測(cè)框，還需要計(jì)算出 imageView 中識(shí)別到的人臉的實(shí)際位置和尺寸。
• 再者，Core Image 和 UIView（或者UIKit）使用了不同的坐標(biāo)系（如下圖所示），因此還需要實(shí)現(xiàn) Core Image 坐標(biāo)到 UIView 坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)在使用下面的代碼替換 detect() 方法中的代碼：

func detect() {
    guard let personciImage = CIImage(image: personPic.image!) else {
        return
    }
    
    let accuracy = [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh]
    let faceDetector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace, context: nil, options: accuracy)
    let faces = faceDetector?.features(in: personciImage)
    
    // 將 Core Image 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成 UIView 坐標(biāo)
    let ciImageSize = personciImage.extent.size
    var transform = CGAffineTransform(scaleX: 1, y: -1)
    transform = transform.translatedBy(x: 0, y: -ciImageSize.height)
    
    for face in faces as! [CIFaceFeature] {
        print("Found bounds are \(face.bounds)")
        
        // 實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        var faceViewBounds = face.bounds.applying(transform)
        
        // 計(jì)算實(shí)際的位置和大小
        let viewSize = personPic.bounds.size
        let scale = min(viewSize.width / ciImageSize.width,
                        viewSize.height / ciImageSize.height)
        let offsetX = (viewSize.width - ciImageSize.width * scale) / 2
        let offsetY = (viewSize.height - ciImageSize.height * scale) / 2
        
        faceViewBounds = faceViewBounds.applying(CGAffineTransform(scaleX: scale, y: scale))
        faceViewBounds.origin.x += offsetX
        faceViewBounds.origin.y += offsetY
        
        let faceBox = UIView(frame: faceViewBounds)
        
        faceBox.layer.borderWidth = 3
        faceBox.layer.borderColor = UIColor.red.cgColor
        faceBox.backgroundColor = UIColor.clear
        personPic.addSubview(faceBox)
        
        if face.hasLeftEyePosition {
            print("Left eye bounds are \(face.leftEyePosition)")
        }
        
        if face.hasRightEyePosition {
            print("Right eye bounds are \(face.rightEyePosition)")
        }
    }
}

首先，上面的代碼使用放射變換將 Core Image 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成了 UIKit 坐標(biāo)。然后，添加了一些額外的代碼用于計(jì)算框視圖的實(shí)際位置和尺寸。

現(xiàn)在再一次運(yùn)行程序，應(yīng)該可以看到檢測(cè)框?qū)⒆R(shí)別出的人臉框起來了，這樣就成功地用 Core Image 檢測(cè)到人臉了。

開發(fā)一個(gè)支持人臉識(shí)別的攝像應(yīng)用

假設(shè)有一個(gè)用于攝像或拍照的應(yīng)用程序，我們希望在拍照后檢測(cè)是否有人臉出現(xiàn)。如果出現(xiàn)了人臉，可能想將這張照片打上一些標(biāo)簽并對(duì)其分類。下面結(jié)合 UIImagePicker 類，拍照完成時(shí)立刻運(yùn)行上面的人臉檢測(cè)代碼。

上面的起始工程中已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè) CameraViewController 類，將其代碼更新成下面這樣，用以實(shí)現(xiàn)攝像功能：

class CameraViewController: UIViewController, UIImagePickerControllerDelegate, UINavigationControllerDelegate {
    @IBOutlet var imageView: UIImageView!
    let imagePicker = UIImagePickerController()
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        imagePicker.delegate = self
    }
    
    @IBAction func takePhoto(sender: AnyObject) {
        if !UIImagePickerController.isSourceTypeAvailable(.camera) {
            return
        }
        
        imagePicker.allowsEditing = false
        imagePicker.sourceType = .camera
        
        present(imagePicker, animated: true, completion: nil)
    }
    
    func imagePickerController(_ picker: UIImagePickerController, didFinishPickingMediaWithInfo info: [String : Any]) {
        if let pickedImage = info[UIImagePickerControllerOriginalImage] as? UIImage {
            imageView.contentMode = .scaleAspectFit
            imageView.image = pickedImage
        }
        
        dismiss(animated: true, completion: nil)
        self.detect()
    }
    
    func imagePickerControllerDidCancel(_ picker: UIImagePickerController) {
        dismiss(animated: true, completion: nil)
    }
}

開始的幾行代碼設(shè)置了 UIImagePicker 代理。在 didFinishPickingMediaWithInfo 方法（這是一個(gè) UIImagePicker 代理方法）中，將傳入的圖像設(shè)置到 imageView 上，最后關(guān)閉拾取器并調(diào)用 detect 函數(shù)。

上面的代碼還未實(shí)現(xiàn) detect 函數(shù)，將下面的代碼加上：

func detect() {
    let imageOptions = NSDictionary(object: NSNumber(value: 5) as NSNumber, forKey: CIDetectorImageOrientation as NSString)
    let personciImage = CIImage(cgImage: imageView.image!.cgImage!)
    let accuracy = [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh]
    let faceDetector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace, context: nil, options: accuracy)
    let faces = faceDetector?.features(in: personciImage, options: imageOptions as? [String : AnyObject])
    
    if let face = faces?.first as? CIFaceFeature {
        print("found bounds are \(face.bounds)")
        
        let alert = UIAlertController(title: "Say Cheese!", message: "We detected a face!", preferredStyle: UIAlertControllerStyle.alert)
        alert.addAction(UIAlertAction(title: "OK", style: UIAlertActionStyle.default, handler: nil))
        self.present(alert, animated: true, completion: nil)
        
        if face.hasSmile {
            print("face is smiling");
        }
        
        if face.hasLeftEyePosition {
            print("Left eye bounds are \(face.leftEyePosition)")
        }
        
        if face.hasRightEyePosition {
            print("Right eye bounds are \(face.rightEyePosition)")
        }
    } else {
        let alert = UIAlertController(title: "No Face!", message: "No face was detected", preferredStyle: UIAlertControllerStyle.alert)
        alert.addAction(UIAlertAction(title: "OK", style: UIAlertActionStyle.default, handler: nil))
        self.present(alert, animated: true, completion: nil)
    }
}

這里的 detect() 函數(shù)和之前的實(shí)現(xiàn)非常相似，不過這一次我們使用的是臨時(shí)拍到的圖像。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果會(huì)顯示一個(gè)提示框，提示是否檢測(cè)到人臉。運(yùn)行程序來快速測(cè)試一下。

CIFaceFeature 中的一些屬性和方法前面已經(jīng)嘗試過了。例如，若要判斷照片中的人是否正在微笑，可以通過 hasSmile 屬性判斷。還可以通過 hasLeftEyePosition （或hasRightEyePosition）屬性檢查是否有左眼（或右眼）出現(xiàn)（希望有）。

還可以通過 hasMouthPosition 來判斷是否出現(xiàn)了嘴巴。如果出現(xiàn)了，可以通過 mouthPosition 屬性得到其坐標(biāo)，代碼如下：

if (face.hasMouthPosition) {
     print("mouth detected")
}

如你所見，通過 Core Image 進(jìn)行人臉識(shí)別極其簡(jiǎn)單。除了檢測(cè)嘴、微笑、眼睛位置等，還可以通過 leftEyeClosed （或rightEyeClosed）判斷左眼（或右眼）是否睜開。

結(jié)語

本教程探索了 Core Image 提供的人臉識(shí)別 API，并展示了如何在攝像機(jī)應(yīng)用中使用該功能。本文通過 UIImagePicker 拍攝圖像，并檢測(cè)該圖像中是否有人的出現(xiàn)。

如你所見，Core Image 的人臉識(shí)別 API 有著非常多的用處！希望你能覺得本教程有所幫助，讓你了解到了這一鮮為人知的 iOS API！

注：歡迎繼續(xù)關(guān)注讓人臉識(shí)別更加強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列教程。

你可以從這里下載到最終的工程代碼。

本文由 SwiftGG 翻譯組翻譯，已經(jīng)獲得作者翻譯授權(quán)，最新文章請(qǐng)?jiān)L問 http://swift.gg。