iOS開發—AVFoundation實現動態人臉識別

###簡介 AVFoundation 是一個能夠用來使用和建立基於時間的視聽媒體數據的框架。AVFoundation 的構建考慮到了目前的硬件環境和應用程序,其設計過程高度依賴多線程機制。充分利用了多核硬件的優點並大量使用block和GCD機制,將複雜的計算機進程放到了後臺線程運行。會自動提供硬件加速操做,確保在大部分設備上應用程序能以最佳性能運行。

（技術交流羣：923910776）

###介紹一些人臉識別的方式

1. CoreImage靜態人臉識別, 可識別照片, 圖像等
2. Face++是新一代雲端視覺服務平臺，提供一整套世界領先的人臉檢測，人臉識別，面部分析的視覺技術服務
3. OpenCV由一系列 C 函數和少許 C++ 類構成, 實現了圖像處理和計算機視覺方面的不少通用算法
4. Vision 是 Apple 在 WWDC 2017 伴隨iOS 11推出的基於CoreML的圖像識別框架
5. AVFoundation能夠用來使用和建立基於時間的視聽媒體的框架,今天咱們使用的人臉識別方式也是使用AVFoundation框架

###對關鍵類的簡單介紹

1. AVCaptureDevice 表明了輸入設備,例如攝像頭與麥克風。咱們能夠從這個類中獲取手機硬件的照相機、聲音傳感器等。
2. AVCaptureDeviceInput:設備輸入數據管理對象,能夠根據AVCaptureDevice建立對應的對象
3. AVCaptureOutput表明輸出數據,輸出的能夠是圖片或者視頻
4. AVCaptureSession: 媒體（音、視頻）捕捉會話

1 負責把捕捉的音頻視頻數據輸出到輸出設備中。
2 一個AVCaptureSession能夠有多個輸入或輸出。
3是鏈接AVCaptureInput和AVCaptureOutput的橋樑，它協調input到output之間傳輸數據。
4 它有startRunning和stopRunning兩種方法來開啓會話和結束會話。
5 每一個session稱之爲一個會話，也就是在應用運行過程當中若是你須要改變會話的一些配置（例如：切換攝像頭）,此時須要先開啓配置，配置完成以後再提交配置。
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5. AVCaptureVideoPreviewLayer: 圖片預覽層咱們的照片以及視頻是如何顯示在手機上的呢？那就是經過把這個對象添加到UIView的layer上的

###添加掃描設備

• 獲取設備(攝像頭)
• 建立輸入設備
• 建立掃描輸出
• 建立捕捉回話

輸出設備

• 這裏使用AVCaptureMetadataOutput, 能夠掃描人臉, 二維碼, 條形碼等信息
• 必須設置代理, 不然獲取不到掃描結果
• 須要設置要輸出什麼樣的數據: face(人臉), qr(二維碼)等等

//建立原數據的輸出對象
let metadataOutput = AVCaptureMetadataOutput()

//設置代理監聽輸出對象輸出的數據，在主線程中刷新
metadataOutput.setMetadataObjectsDelegate(self, queue: DispatchQueue.main)

//告訴輸出對象要輸出什麼樣的數據,識別人臉, 最多可識別10張人臉
metadataOutput.metadataObjectTypes = [.face]
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切換攝像頭

• 獲取當前攝像頭方向
• 建立新的輸入input
• 移除舊輸入capture, 添加新的輸入capture
• 具體代碼以下:

@IBAction func switchCameraAction(_ sender: Any) {
    //執行轉場動畫
    let anima = CATransition()
    anima.type = "oglFlip"
    anima.subtype = "fromLeft"
    anima.duration = 0.5
    view.layer.add(anima, forKey: nil)

    //獲取當前攝像頭
    guard let deviceIn = deviceInput else { return }
    let position: AVCaptureDevice.Position = deviceIn.device.position == .back ? .front : .back

    //建立新的input
    let deviceSession = AVCaptureDevice.DiscoverySession(deviceTypes: [.builtInWideAngleCamera], mediaType: .video, position: position)
    guard let newDevice = deviceSession.devices.filter({ $0.position == position }).first else { return }
    guard let newVideoInput = try? AVCaptureDeviceInput(device: newDevice) else { return }

    //移除舊輸入，添加新輸入
    //設備加鎖
    session.beginConfiguration()
    //移除舊設備
    session.removeInput(deviceIn)
    //添加新設備
    session.addInput(newVideoInput)
    //設備解鎖
    session.commitConfiguration()

    //保存最新輸入
    deviceInput = newVideoInput
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處理掃描結果

實現AVCaptureMetadataOutputObjectsDelegate該協議的協議方法(只有一個方法) AVMetadataFaceObject介紹

1. faceID: 人臉的惟一標識

• 掃描出來的每個人, 有不一樣的faceID
• 同一我的, 不一樣的狀態下(搖頭, 歪頭, 擡頭等), 都會有不一樣faceID

2. hasRollAngle: 是否有傾斜角,側傾角(左右歪頭)(BOOL類型)
3. rollAngle: 傾斜角,側傾角的角度(CGFloat類型)
4. hasYawAngle: 是否有偏轉角(左右搖頭)
5. yawAngle: 偏轉角角度

獲取預覽圖層的人臉數組

• 遍歷掃描的人臉數組, 轉換成在預覽圖層的人臉數組
• 主要是人臉在圖層的左邊的轉換
• 返回轉換後的新的數組

fileprivate func transformedFaces(faceObjs: [AVMetadataObject]) -> [AVMetadataObject] {
    var faceArr = [AVMetadataObject]()
    for face in faceObjs {
        //將掃描的人臉對象轉成在預覽圖層的人臉對象(主要是座標的轉換)
        if let transFace = previewLayer.transformedMetadataObject(for: face){
            faceArr.append(transFace)
        }
    }
    return faceArr
}
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根據人臉位置添加紅框

設置紅框的frame

faceLayer?.frame = face.bounds
複製代碼

根據偏轉角和傾斜角的角度獲取CATransform3D

fileprivate func transformDegress(yawAngle: CGFloat) -> CATransform3D {
        let yaw = degreesToRadians(degress: yawAngle)
        //圍繞Y軸旋轉
        let yawTran = CATransform3DMakeRotation(yaw, 0, -1, 0)
        //紅框旋轉問題
        return CATransform3DConcat(yawTran, CATransform3DIdentity)
    }

    //處理偏轉角問題
    fileprivate func transformDegress(rollAngle: CGFloat) -> CATransform3D {
        let roll = degreesToRadians(degress: rollAngle)
        //圍繞Z軸旋轉
        return CATransform3DMakeRotation(roll, 0, 0, 1)
    }

    //角度轉換
    fileprivate func degreesToRadians(degress: CGFloat) -> CGFloat{
        return degress * CGFloat(Double.pi) / 180
    }
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根據有無偏轉角和傾斜角旋轉紅框

//設置偏轉角(左右搖頭)
if face.hasYawAngle{
    let tranform3D = transformDegress(yawAngle: face.yawAngle)

    //矩陣處理
    faceLayer?.transform = CATransform3DConcat(faceLayer!.transform, tranform3D)
}

//設置傾斜角,側傾角(左右歪頭)
if face.hasRollAngle{
    let tranform3D = transformDegress(rollAngle: face.rollAngle)

    //矩陣處理
    faceLayer?.transform = CATransform3DConcat(faceLayer!.transform, tranform3D)
}
複製代碼

至此, 動態的人臉識別就完成了, 會在人臉位置增長紅框顯示, 而且紅框會根據人臉的位置動態的, 實時的調整

下面就快拿起你的相機測試吧