初步效果设想

像SIRI那样的语音唤醒，开启服务
只有当摄像头检测到人脸时，舵机才开始调整位置，让人脸保持C位
检测人脸是否戴口罩了，没带就发出“提示”，戴了就不管
长时间不戴例如8s，就拍一张照，并发到我的qq邮箱

应用场景：疫情期间，超市、食堂、餐厅用该装置，相比让工作人员去提醒，可以省去大量人力、财力

分五大模块开发：语音唤醒、控制舵机、人脸追踪定位、人脸口罩识别、发送人脸图片至qq邮箱

1.语音唤醒模块

2.控制舵机模块

用两个舵机做一个二自由度云台，云台外壳可从淘宝买

参考博客

①servoControl.py封装了controlTwoServos(pin1, angle1, pin2, angle2)方法，用来控制舵机
pin1、pin2分别指的是舵机1、舵机2的信号线所接引脚（BCM编码方式）
angle1、angle2分别指舵机1、舵机2要旋转的角度
舵机1控制水平旋转方向，舵机2控制垂直旋转方向

servoControl.py

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleepGPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)# 旋转角度转换到PWM占空比
def angleToDutyCycle(angle):return 2.5 + angle / 180.0 * 10# 控制两个舵机的函数
# pin1、pin2分别指的是舵机1、舵机2的信号线所接引脚
# angle1、angle2分别指舵机1、舵机2要旋转的角度
def controlTwoServos(pin1, angle1, pin2, angle2):GPIO.setup(pin1, GPIO.OUT, initial=False)GPIO.setup(pin2, GPIO.OUT, initial=False)p1 = GPIO.PWM(pin1, 50)             # 舵机1初始频率为50HZp1.start(angleToDutyCycle(90))      # 舵机1初始化角度为90sleep(0.5)p1.ChangeDutyCycle(angleToDutyCycle(angle1))          p2 = GPIO.PWM(pin2, 50)             # 舵机2初始频率为50HZp2.start(angleToDutyCycle(90))      # 舵机2初始化角度为90p2.ChangeDutyCycle(angleToDutyCycle(angle2))sleep(0.5)

②测试

main.py (main.py、servoControl.py在同一目录)

from servoControl import controlTwoServosif __name__ == '__main__':controlTwoServos(23, 80, 24, 80)

测试运行 python3 main.py

3.人脸追踪定位模块

参考博客

算法如下(参考我上面画的图)：

① 我这里规定摄像头拍摄的照片分辨率 640 x 480，所以照片中心坐标(320, 240)
② 利用face_recognition库中的face_locations()函数，算出人脸框的中心坐标
face_locations()会返回一个list，有几个人脸，list就有几个tuple，tuple=(top,right,bottom,left)
top指人脸框上边框到x轴的距离，right指人脸框右边框到y轴的距离
bottom指人脸框下边框到x轴的距离，left指人脸框左边框边到y轴的距离
人脸框的中心坐标((left+right)/2, (top+bottom)/2)
③ 根据照片中心坐标和人脸框的中心坐标很容易算出△x，△y
后面算法参考博客 博客地址

faceTracking.py

# coding = utf-8
import face_recognition as fr
import cv2
from time import sleep
from servoControl import controlTwoServoswhile True:video_capture = cv2.VideoCapture(0)  # 创建视频对象,打开摄像头print('Capturing image...')# 摄像头抓取一帧照片# ret是布尔值，读取帧成功返回True，文件读到结尾，返回False(如果你读取的是视频，而不是在线拍摄)# frame就是每一帧的图像,一个三维矩阵# 默认拍摄的画面分辨率是640x480，想改可以去翻opencv官方文档ret, frame = video_capture.read()video_capture.release()# 缩小图片，加快处理速度，fx,fy表示x,y轴方向的缩小系数frame = cv2.resize(frame, (0,0), fx=0.5, fy=0.5)    rgb_frame = frame[:, :, ::-1]                   # 将cv2用的BGR颜色转换为face_recognition用的RGB颜色face_locations = fr.face_locations(rgb_frame)   # 获取这一帧里所有脸的位置# 如果画面中有人脸,任选一张人脸,记录下它的位置if len(face_locations) > 0:face_location = face_locations[0]top = face_location[0]right = face_location[1]bottom = face_location[2]left = face_location[3]center_x = (top + bottom) / 2center_y = (left + right) / 2print('捕捉到人脸！')else:center_x, center_y = 160, 120dx = (center_x - 160) * 0.3dy = (center_y - 120) * 0.3print(dx)print(dy)# 设置一个阈值，当角度大于3时，才移动if abs(dx) >= 3 or abs(dy) >= 3:x0 = 90 + dxif x0 > 180:  # 设置界限，超出范围不再转动，下同x0 = 180elif x0 < 0:x0 = 0y0 = 90 + dyif y0 > 180:y0 = 180elif y0 < 0:y0 = 0controlTwoServos(23, x0, 24, y0)

4.人脸口罩识别模块

鉴于树莓派没有Nivida显卡，树莓派4的显卡是VideoCore VI GPU，树莓派3的显卡我也不清楚，所以很多项目跑不了，调百度的API好像还要花钱o(╥﹏╥)o

我找了一个只需要opencv的项目，但是效果一般
【武汉加油！中国加油！】挑战七天实现机器视觉检测有没有戴口罩系统——第四五六七天_云敬山-CSDN博客

我又找了一个基于opencv的，感觉可以
博客地址

项目地址

环境配置：安装opencv、numpy和pygame

pip3 install opencv-python
pip3 install numpy==1.21.4         # 安装numpy,我这里指定了版本
pip3 install pygame

我这里安装的opencv版本是4.5.4，默认有dnn模块，opencv如果版本低了好像还要安装扩展，反正保证要有dnn模块

在windows上跑没问题，在树莓派上跑有点问题，我改了一下

后来我还做了一点改动，察觉没有戴口罩就播放提示语音，还有，视频窗口就不展示了，树莓派配置差点

5.图片发送模块

①先基于下文进行配置

树莓派 --- 开机自动发送IP到自己的QQ邮箱

②send_pic.py封装一个send_mail(file_path)方法，只要传入图片路径file_path，就能实现图片发送到我的qq邮箱

send_pic.py

# coding=utf-8
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText
from email.utils import formataddr
from email.mime.multipart import MIMEMultipart  # 创建附件类型# 设置发件人和收件人信息
my_sender='xxxxxxxxxxxxxxxxx'  # 发件人邮箱账号
my_pass = 'xxxxxxxxxxxxxxxxx'   # 发件人邮箱密码(之前获取的授权码)
my_user='xxxxxxxxxxxxxxxxx'    # 收件人邮箱账号
msg = MIMEMultipart('related')  # 邮件信息为空,相当于信封,related表示使用内嵌资源的形式,将邮件发送给对方def send_mail(file_path):ret=Truetry:# 发送信息内容msg_html = MIMEText('自拍照', 'html', 'utf-8')msg.attach(msg_html)# 发送图片，以附件形式msg_image = MIMEText(open(file_path, 'rb').read(), 'base64', 'utf-8')msg_image['Content-disposition'] = "attachment;filename='me.jpg'" # 设置图片在附件中的名字msg.attach(msg_image)msg['From']=formataddr(["Jack",my_sender])          # 括号里的对应发件人邮箱昵称、发件人邮箱账号msg['To']=formataddr(["Rose",my_user])              # 括号里的对应收件人邮箱昵称、收件人邮箱账号msg['Subject']="我的自拍照"                         # 邮件的主题，也可以说是标题server=smtplib.SMTP("smtp.qq.com", 587)             # 发件人邮箱中的SMTP服务器，端口是587server.login(my_sender, my_pass)                    # 括号中对应的是发件人邮箱账号、邮箱密码server.sendmail(my_sender,[my_user,],msg.as_string())  # 括号中对应的是发件人邮箱账号、收件人邮箱账号、发送邮件server.quit()  # 关闭连接except Exception:ret=Falsereturn ret

③测试上面封装的send_mail(file_path)函数

main.py (main.py、send_pic.py、test.jpg在同一目录)

from send_pic import send_mailif __name__ == '__main__':if send_mail('test.jpg'):print('发送邮件成功！')else:print('发送邮件失败！')

6.模块整合

7.深入思考

①如果很多人不戴口罩，用qq邮件一张张发送人脸照片太麻烦了，还不如存到一个固定文件夹中

②如果一个人在监控范围内因为长时间不戴口罩（尽管有语音提示）而被记录下人脸，他走出监控范围才戴了口罩，第二次进入监控范围，如何消除上次记下的人脸记录？
其实我想了想，长时间不戴口罩就已经算是危险分子了，就不消除记录了吧，哈哈

③在超市、餐厅这样的地方，需要放多个这样的装置才能覆盖更大的范围

④人脸追踪云台监控相比传统固定监控，优势在于扩大了监控的范围

⑤舵机不能360度控制也是一个缺陷

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