感情がわかる！？ラズパイとEmotion APIで表情認識をしてみよう

2016.10.04

tacck

秋も深まり、札幌は日に日に涼しくなってきています。
涼しい今のうちに、色々と遊びに行きたいtacckです。こんにちは。

今回は、Raspberry Piでカメラの利用と画像処理として、顔の認識を行なってみます。
ただ、ラズパイでカメラを利用した顔認識の利用例は、ネット上にすでにたくさんあるので、今回はそこにもう一手間加えてみたいと思います。

最近は、いろいろな所で「人の感情」に関する研究が行なわれており、その成果をWebAPIとして利用できたりします。
その一つとしてMicrosoftが提供している"Cognitive Services Emotion API"というものを利用し、「表情の認識」を行なってみたいと思います。

前提

今回利用した機材はこちらです。

Raspberry Pi 2 Model B
Raspberry Pi Camera Module

OSは"Raspbian JESSIE"の最新状態になっている前提とします。

また、イーサネット、Wi-Fiなどによって、インターネットに接続できる状態となっている前提とします。

パッケージのインストールなど

表情認識を行なうまでに、処理としては下記のような流れとなります。

カメラで撮影
撮影した画像に「顔」が含まれているか分析
「顔」が含まれていればEmotion APIへ画像を送信
Emotion APIの分析結果を画像に描画して保存

このうち、撮影した画像に「顔」が含まれているか分析とEmotion APIの分析結果を画像に描画して保存には"
OpenCV"という「画像処理・画像解析および機械学習等の機能」を持ったライブラリを利用します。
ここでは詳細は割愛しますが、非常に手軽で強力なライブラリとなっています。

また、カメラで撮影について、今回利用するラズパイ標準カメラをOpenCVで使う方法を検索すると、かなり手間のかかる手順の紹介ページが出てきます。
しかし、現在では"Picamera"というライブラリを使うことで、標準カメラを簡単に取り扱え、撮影した画像をOpenCVで容易に処理できるようになります。

では、順番にセットアップしていきましょう。

Picamera

公式にインストール手順があるので、その通りに実行すれば良いです。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install python-picamera

1 2	$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install python-picamera

OpenCV

こちらも、パッケージが準備されているので、下記コマンドを実行すればすぐに使えるようになります。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install libopencv-dev python-opencv

1 2	$ sudo apt-get update $ sudo apt-get install libopencv-dev python-opencv

Emotion API

こちらは、先に紹介したとおり、MicrosoftのCognitive Servicesの一つです。

Emotion APIでは、画像の中から人の顔を検出し、その表情について複数の感情の評価を行なって、結果を返却してくれるものです。

感情については、下記が評価されます。

anger (怒り)
contempt (軽蔑)
disgust (嫌悪)
fear (恐怖)
happiness (喜び)
sadness (悲しみ)
surprise (驚き)
neutral (はっきりしない)

利用方法ですが、ユーザ登録を行なえば、ある程度は無料で使えるようになっています。
Microsoft アカウントを利用してサインインを行なってください。

20160925001

サインインに成功すると、上記のように利用するAPIの選択画面に遷移します。
今回は、Emotion APIを選択しましょう。

ページ下部に規約同意のチェックボックスがあるのでチェックを入れ、Subscribeボタンをクリックしてください。

20160925002

成功したら、上記のようにAPIの登録状況を確認できるページへ遷移します。
今回は、このページのKey 1を利用します。標準では非表示の状態ですが、Showをクリックすればページ上に表示されます。

実装

今回利用したコードは下記です。
特にEmotion APIを呼び出して結果を画像に描画する処理については、こちらのページを参考にさせていただきました。

上記セットアップ時に表示されたKey 1の値を、下記コードの[Key 1]に置き換えて利用してください。

import io
import time
import picamera
import cv2
import numpy as np
import httplib
import json

# Azure API Key
api_key = [Key 1]

# CV2
cascade_path = "/usr/share/opencv/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml"

# Image Size
camera_width = 640
camera_height = 480

#####
def getEmotion(image, headers):
    try:
        conn = httplib.HTTPSConnection('api.projectoxford.ai')
        conn.request("POST", "/emotion/v1.0/recognize?", image, headers)
        response = conn.getresponse()
        data = response.read()
        conn.close()
        return data
    except Exception as e:
        print("[Errno {0}] {1}".format(e.errno, e.strerror))
        print(e.message)

def drawEmotion(image, data):
    font = cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN
    font_size = 1
    data = json.loads(data)
    for face in data:
        f_rec  =  face['faceRectangle']
        width  =  f_rec['width']
        height =  f_rec['height']
        left   =  f_rec['left']
        top    =  f_rec['top']
        f_rec  =  face['scores']
        f_rec = sorted(f_rec.items(), key=lambda x:x[1],reverse = True)
        cv2.rectangle(image, (left,         top), (left + width,       top + height), (130, 130, 130), 3)
        cv2.rectangle(image, (left + width, top), (left + width + 150, top + 50),     (130, 130, 130), -1)

        for i in range(0, 5):
            val = round(f_rec[i][1], 3)
            emo = f_rec[i][0]
            cv2.rectangle(image, (left + width, top + 10 * i), (left + width + int(val * 150), top + 10 * (i + 1)),
                (180, 180, 180), -1)
            cv2.putText(image, emo + " " + str(val), (left + width, top + 10 * (i + 1)),
                font, font_size, (255,255,255), 1)
#####

# Create the in-memory stream
stream = io.BytesIO()
with picamera.PiCamera() as camera:
    camera.resolution = (camera_width, camera_height)
    camera.start_preview()
    time.sleep(0.5)
    camera.capture(stream, format='jpeg')

# Construct a numpy array from the stream
data = np.fromstring(stream.getvalue(), dtype=np.uint8)
# "Decode" the image from the array, preserving colour
image = cv2.imdecode(data, 1)

# Detect face
image_gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
cascade = cv2.CascadeClassifier(cascade_path)
facerect = cascade.detectMultiScale(image_gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=1, minSize=(1, 1))

print "face rectangle"
print facerect

if len(facerect) > 0:
    save_file_name = "face_detect.jpg"
    save_emotion_file_name = "face_emotion.jpg"

    cv2.imwrite(save_file_name, image)

    headers = {
        'Content-Type': 'application/octet-stream',
        'Ocp-Apim-Subscription-Key': api_key,
    }
    image_load = open(save_file_name, 'rb')
    data = getEmotion(image_load, headers)
    print data

    drawEmotion(image, data)
    cv2.imwrite(save_emotion_file_name, image)

import io

import time

import picamera

import cv2

import numpy as np

import httplib

import json

# Azure API Key

api_key = [Key 1]

# CV2

cascade_path = "/usr/share/opencv/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml"

# Image Size

camera_width = 640

camera_height = 480

#####

def getEmotion(image, headers):

try:

conn = httplib.HTTPSConnection('api.projectoxford.ai')

conn.request("POST", "/emotion/v1.0/recognize?", image, headers)

response = conn.getresponse()

data = response.read()

conn.close()

return data

except Exception as e:

print("[Errno {0}] {1}".format(e.errno, e.strerror))

print(e.message)

def drawEmotion(image, data):

font = cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN

font_size = 1

data = json.loads(data)

for face in data:

f_rec = face['faceRectangle']

width = f_rec['width']

height = f_rec['height']

left = f_rec['left']

top = f_rec['top']

f_rec = face['scores']

f_rec = sorted(f_rec.items(), key=lambda x:x[1],reverse = True)

cv2.rectangle(image, (left, top), (left + width, top + height), (130, 130, 130), 3)

cv2.rectangle(image, (left + width, top), (left + width + 150, top + 50), (130, 130, 130), -1)

for i in range(0, 5):

val = round(f_rec[i][1], 3)

emo = f_rec[i][0]

cv2.rectangle(image, (left + width, top + 10 * i), (left + width + int(val * 150), top + 10 * (i + 1)),

(180, 180, 180), -1)

cv2.putText(image, emo + " " + str(val), (left + width, top + 10 * (i + 1)),

font, font_size, (255,255,255), 1)

#####

# Create the in-memory stream

stream = io.BytesIO()

with picamera.PiCamera() as camera:

camera.resolution = (camera_width, camera_height)

camera.start_preview()

time.sleep(0.5)

camera.capture(stream, format='jpeg')

# Construct a numpy array from the stream

data = np.fromstring(stream.getvalue(), dtype=np.uint8)

# "Decode" the image from the array, preserving colour

image = cv2.imdecode(data, 1)

# Detect face

image_gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

cascade = cv2.CascadeClassifier(cascade_path)

facerect = cascade.detectMultiScale(image_gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=1, minSize=(1, 1))

print "face rectangle"

print facerect

if len(facerect) > 0:

save_file_name = "face_detect.jpg"

save_emotion_file_name = "face_emotion.jpg"

cv2.imwrite(save_file_name, image)

headers = {

'Content-Type': 'application/octet-stream',

'Ocp-Apim-Subscription-Key': api_key,

}

image_load = open(save_file_name, 'rb')

data = getEmotion(image_load, headers)

print data

drawEmotion(image, data)

cv2.imwrite(save_emotion_file_name, image)

20160925001

20160925003

実行した結果、上記のように顔が検知されて、横に表情の分析結果が表示されています。

まとめ

ラズパイと標準カメラを利用して、人の顔の表情認識を行なうことができました。
これを応用すれば、例えば「笑顔の写真」だけを保存する・・・、というようなこともできますね。

みなさんも、ラズパイのカメラで色々と遊んでみてください！

関連タグ：Camera OpenCV Raspberry Pi RaspberryPi

tacck Takuya KIHARA

エンジニア (モバイルアプリ、フロントエンド、バックエンド、インフラ）得意なことは、領域をまたいで考え、開発すること。ブログでは、主にAnsible、Docker、Raspberry Piのことを書いています。好きなフィギュアスケートの技は、スプレッド・イーグルです。

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