1.项目背景

还记得去年圣诞节前夕在朋友圈刷屏的“微信官方，请给我一顶圣诞帽”吗？事实上无论你怎么@它都不会给你一顶圣诞帽的，这是圣诞节前夕的一个小小恶作剧。但是谁又不想在圣诞节给自己的头像换上一个圣诞帽增加一些过节的气氛呢？当打开群组打开朋友圈看到满屏的头像都是圣诞帽，即使自己正在加班也能身处圣诞节的氛围中，想想也是一件很开心的事。

现有的添加圣诞帽的方式主要有3种,如下表所示：

方法	优缺点
使用Photoshop软件添加	优点：自由创作性强，可以选择圣诞帽的样式，放置位置和大小。缺点：难度较高，需要具备PS知识
使用手机APP添加	优点：比PS容易掌握。缺点：没有针对圣诞帽的贴纸，部分软件任然需要抠图制作，APP种类繁多不知道该选用哪一个
公众号、小程序自动添加	多为营销号

我只是想给头像添加一个圣诞帽而已怎么这么麻烦T^T，有没有那种新手小白也可以用的制作圣诞帽头像的方式，并且也不用这么麻烦，找贴纸，关注公众号？当然有，针对以上这些问题，我开发了这套基于Paddlehub的一件添加圣诞帽的软件，该软件有以下优点：

带有GUI界面，对用户友好；
只需一键即可添加，不需要搜索贴纸，关注公众号；
漫画头像也能添加

2.解决方案

本项目采用的是Paddlehub的ultra_light_fast_generic_face_detector_1mb_320人脸检测模块，该模块体积小，检测速度快，识别精度高。

解决思路：

获得人脸的关键点位置，获得圣诞帽抠图后的图像；
将圣诞帽放置在人脸关键点位置正上方，合成用到的方法是掩膜；
如果圣诞帽超过头像边界有两种解决方案：(1)裁剪掉圣诞帽超出的区域；(2)缩小圣诞帽直到不超出区域为止。圣诞帽形状特殊，如果裁剪过多可能无法判断所属类别，因此选择方案(2)，并且实现也更为简单；
如果无法识别出人物头像应该终止程序并向用户提示更换照片；
如果识别出人物头像，显示添加完制作完成的头像，并向用户提示新头像保存位置；
GUI界面用户可以选择任意路径下头像图片

流程图：

3.项目代码

环境配置：

python 3.6
paddlehub 1.7.1
PIL 7.1.2
*注：该代码无法在notebook运行

import paddlehub as hub
import tkinter as tk
from PIL import ImageTk,Image
from tkinter import filedialog
import os
import cv2# 添加圣诞帽
def add_hat(img_path, hat_path):# 加载人脸识别模型,取出关键点坐标model = hub.Module(name='ultra_light_fast_generic_face_detector_1mb_320')input_dict = {'image': [img_path]}results = model.face_detection(data=input_dict, visualization=True)for result in results:try:left, right, top, bottom = int(result['data'][0]['left']), int(result['data'][0]['right']),\int(result['data'][0]['top']), int(result['data'][0]['bottom']) # 对帽子进行缩放hat=cv2.imread(hat_path)hat_h, hat_w, _ = hat.shapeface_w = right - leftratio = face_w/hat_wresized_hat_h = int(round(hat_h*ratio))resized_hat_w = int(round(hat_w*ratio))resized_hat = cv2.resize(hat,(resized_hat_w,resized_hat_h))# 判断ROI是否超出边界while top-resized_hat_h<0:resized_hat = cv2.resize(resized_hat,(int(resized_hat_w*0.9),int(resized_hat_h*0.9)))resized_hat_h = resized_hat.shape[0]resized_hat_w = resized_hat.shape[1]# 读取人物照片person = cv2.imread(img_path)# 制作掩膜hat2gray = cv2.cvtColor(resized_hat, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  # 转换为灰度图像ret, mask = cv2.threshold(hat2gray, 249, 255, cv2.THRESH_BINARY)  # 设置阈值，大于175的置为255，小于175的置为0mask_inv = cv2.bitwise_not(mask)# 掩膜mid_axis = int((right+left)/2)half_wide = int(resized_hat_w/2)roi = person[(top-resized_hat_h):top, (mid_axis-half_wide):(mid_axis-half_wide+resized_hat_w)]person_bg = cv2.bitwise_and(roi, roi, mask=mask)  #删除了ROI中的logo区域hat_fg = cv2.bitwise_and(resized_hat, resized_hat, mask=mask_inv) #删除了logo中的空白区域dst = cv2.add(person_bg, hat_fg)person[(top-resized_hat_h):top, (mid_axis-half_wide):(mid_axis-half_wide+resized_hat_w)] = dst # 保存头像profile_path = 'your_profile_photo/'+os.path.basename(img_path)cv2.imwrite(profile_path, person)except:profile_path = Nonereturn profile_pathdef resize_image(img):w,h = img.sizemlength = max(w,h)ratio = 500/mlengthw_new = int(w*ratio)h_new = int(h*ratio)re_img = img.resize((w_new,h_new))return re_imgdef gui():global imageimg_path = filedialog.askopenfilename() #获取文件路径hat_path = 'hat.jpg'profile_path = add_hat(img_path, hat_path)if profile_path is not None:img = Image.open(profile_path)re_img = resize_image(img)image = ImageTk.PhotoImage(re_img)canvas.create_image(260,260,anchor='center', image=image)  tk.messagebox.showinfo(title='Info', message='New profile photo has generated, please find it at the file: your_profile_photo')else:tk.messagebox.showwarning(title='Warning', message='Cant recognize your profile photo, please change a new one')root = tk.Tk()
root.title('给你一顶圣诞帽')
root.geometry('600x600')
canvas=tk.Canvas(root,height=500,width=500)
canvas.pack()
b = tk.Button(root,text='Select your profile photo', command=gui)  #设置按钮，并给它openpicture命令
b.pack()
root.mainloop()

4.结果演示

运行程序会弹出GUI界面，用户点击’Select your profile photo’选择图片存放位置
选择你想添加的头像
显示添加圣诞帽后的头像，并提示用户在’your_frofile_photo’文件夹获取新生成的头像，非常抽象的头像也能识别
如果无法识别头像中的脸，则提示用户换一张头像重试
项目地址：
使用paddlehub给你的头像一键添加圣诞帽GUI版

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