基于opencv+ImageAI+tensorflow的智能动漫人物识别系统——深度学习算法应用(含python、JS、模型源码)+数据集（三）

前言
总体设计
- 系统整体结构图
- 系统流程图
运行环境
- 爬虫
- 模型训练
- 实际应用
模块实现
- 1. 数据准备
- - 1）爬虫下载原始图片
  - 2）手动筛选图片
- 2. 数据处理
- - 1）切割得到人物脸部
  - 2）重新命名处理后的图片
  - 3）添加到数据集
- 3. 模型训练及保存
- - 1）设置基本参数
  - 2）模型保存
  - 3）模块预测
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前言

本项目通过爬虫技术获取图片，利用OpenCV库对图像进行处理，识别并切割出人物脸部，形成了一个用于训练的数据集。通过ImageAI进行训练，最终实现了对动漫人物的识别模型。同时，本项目还开发了一个线上Web应用，使得用户可以方便地体验和使用该模型。

首先，项目使用爬虫技术从网络上获取图片。这些图片包含各种动漫人物，其中我们只对人物脸部进行训练，所以我们会对图像进行处理，并最终将这些图像将作为训练数据的来源。

其次，利用OpenCV库对这些图像进行处理，包括人脸检测、图像增强等步骤，以便准确识别并切割出人物脸部。这一步是为了构建一个清晰而准确的数据集，用于模型的训练。

接下来，通过ImageAI进行训练。ImageAI是一个简化图像识别任务的库，它可以方便地用于训练模型，这里用于训练动漫人物的识别模型。

最终，通过项目开发的线上Web应用，用户可以上传动漫图像，系统将使用训练好的模型识别图像中的动漫人物，并返回相应的结果。

总的来说，本项目结合了爬虫、图像处理、深度学习和Web开发技术，旨在提供一个便捷的动漫人物识别服务。这对于动漫爱好者、社交媒体平台等有着广泛的应用前景。

总体设计

本部分包括系统整体结构图和系统流程图。

系统整体结构图

系统整体结构如图所示。

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系统流程图

系统流程如图所示。

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运行环境

本部分包括爬虫、模型训练及实际应用运行环境。

爬虫

安装Python3.6以上及Selenium3.0.2版本。

详见博客。

模型训练

本部分包括安装依赖、安装ImageAI。

详见博客。

实际应用

实际应用包括前端开发环境和后端环境的搭建。

详见博客。

模块实现

本项目包括4个模块：数据准备、数据处理、模型训练及保存、模型测试，下面分别介绍各模块的功能及相关代码。

1. 数据准备

本项目的数据来自于百度图片,通过爬虫获取。

1）爬虫下载原始图片

详见博客。

2）手动筛选图片

部分人物的名称、现实事物或人物有重名现象,加上一些图片质量不佳,需要人为剔除,手动筛选。

详见博客。

2. 数据处理

将图片中的人脸裁剪进行模型训练,切割人脸部分由OpenCV通过训练好的动漫人物脸部识别模型lbpcascade_animeface截取人物脸部。GitHub下载地址为https://github.com/nagadomi/lbpcascade_animeface。

1）切割得到人物脸部

2）重新命名处理后的图片

对于处理后的图片，需要重新指定文件名称以便于统计和处理。相关代码如下:

python">def rename_files(dir, prefix='', joiner='_', startNum=0,
                 changeType='', ignoreType='', typeOnly=''):
    '''重命名一个文件夹中的所有文件
    Args:
        dir(string):  重命名文件夹的路径
        prefix(string):  文件名前缀
        joiner(string):  连接文件名前缀和数字的连接符，默认为下划线
        startNum(int):  重命名文件的开始数字，默认为0
        changeType(string):  把文件重命名为指定类型，默认不指定类型
        typeOnly(string):  只处理指定类型的文件，使用空格分割，例如“.jpg .jpeg .png .bmp .webp”
        ignoreType(string):  忽略处理文件的类型，使用空格分割，例如，“.py .docx”
    '''
    for root, _, files in os.walk(dir):
        root = root.replace('\\', '/')
        if prefix == '':
            prefix = root.split('/')[-1]
        count = startNum
        for file in files:
            true_type = os.path.splitext(file)[-1]  #文件真实类型
            type_list = typeOnly.split()
            ignore_list = ignoreType.split()
            if true_type in type_list or len(type_list) == 0:
                if true_type in ignore_list:
                    continue
                if changeType == '':  #是否指定改变类型
                    file_type = true_type
                else:
                    file_type = changeType
                new_name = "{}{}{}{}".format(
                    prefix, joiner, str(count), file_type)
                path = os.path.join(root, new_name)
                old_path = os.path.join(root, file)
                if old_path == path:
                    continue
                if not os.path.exists(path):
                    os.rename(old_path, path)
                    count = count + 1
def main():
    parser = argparse.ArgumentParser(description="重命名指定文件夹下的所有文件")
    parser.add_argument("dir", type=str, help="重命名文件的路径")
    parser.add_argument("--prefix", "-p", type=str,
                        default='', help="前缀，默认为文件名")
    parser.add_argument("--joiner", "-j", type=str, default="_", help="连接符")
    parser.add_argument("--startNum", "-s", type=int, default=0, help="开始数")
    parser.add_argument("--changeType", "-c", type=str,
                        default='', help="重命名文件为指定类型")
    parser.add_argument("--ignoreType", "-i", type=str,
                        default='', help="忽略处理的类型，使用空格分割")
    parser.add_argument("--typeOnly", "-t", type=str,
                        default='', help="指定处理的类型，使用空格分割")
    args = parser.parse_args()
    rename_files(dir=args.dir, joiner="_temp_", ignoreType=args.ignoreType, typeOnly=args.typeOnly)
    rename_files(dir=args.dir, prefix=args.prefix, joiner=args.joiner, startNum=args.startNum,
                 changeType=args.changeType, ignoreType=args.ignoreType, typeOnly=args.typeOnly)
print("Rename files finished")

3）添加到数据集

已经切割得到的脸部经过重新排序命名后，按照一定的比例添加到数据集。相关代码如下：

python">def divide_train_test(src, train_percentage=5, test_percentage=1):
    if not os.path.exists(src):
        print("folder %s is not exist" % src)
        return
    dirs = os.listdir(src)
    test_dir = os.path.join(src, "test")
    train_dir = os.path.join(src, "train")  #训练数据路径
    if not os.path.exists(test_dir):
        os.mkdir(test_dir)
    if not os.path.exists(train_dir):
        os.mkdir(train_dir)
    for dir_name in dirs:
        if dir_name != "test" and dir_name != "train":
            current_dir = os.path.join(src, dir_name)
            test_dir = os.path.join(src, "test", dir_name)  #测试集路径
            train_dir = os.path.join(src, "train", dir_name)  #训练集路径
            if not os.path.exists(test_dir):
                os.mkdir(test_dir)
            if not os.path.exists(train_dir):
                os.mkdir(train_dir)
            if os.path.isdir(current_dir):
                images = os.listdir(current_dir)
                image_num = len(images)
                for image in images:
                    filename = os.path.basename(image).split('.')[0]
                    if filename.isdigit():
                        percentage = train_percentage + test_percentage
                        test_num = (image_num / percentage) * test_percentage + 1
                        if int(filename) <= test_num:
                            if not os.path.exists(os.path.join(test_dir, image)):
                                shutil.move(os.path.join(current_dir, image), os.path.join(test_dir))
                            else:
                                os.remove(os.path.join(current_dir, image))
                        else:
                            if not os.path.exists(os.path.join(train_dir, image)):
                                shutil.move(os.path.join(current_dir, image), os.path.join(train_dir))
                            else:
                                os.remove(os.path.join(current_dir, image))
            shutil.rmtree(current_dir)
    for dirs in os.listdir(src):
        for name in os.listdir(os.path.join(src, dirs)):
            if os.path.isdir(os.path.join(src, dirs, name)):
                rename_file(os.path.join(src, dirs, name))
    print("Set all cropped images to train and test")

3. 模型训练及保存

本部分包括设置基本参数、模型保存和模块预测。

1）设置基本参数

2）模型保存

模型每次训练完成都会输出一个.h5文件和对应的.json文件,如图1所示。model_class.json文件中包含人物名称，molde_ex-xxx_acc_xxxxxx.h5中ex后的数字表示训练次数，acc后的数字表示对应的精度。model_class.json文件中的人物名称如图2所示，采用Unicode编码。训练好的模型保存后可重复使用，也可移植到其他环境中使用。

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图1 训练模型后输出结果

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图2 model_class.json文件中的人物名称

3）模块预测

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