Detección de rostros con PHP


La detección de rostros es una tecnología que determina la ubicación y tamaño del rostro humano en cualquier fotografía. Detecta rasgos faciales e ignora cualquier cosa, tales como edificios, árboles y cuerpos.

Buscando información sobre una aplicación que imita a Photobooth de Mac (kPicturebooth), me encontré con una excelente clase PHP que no utiliza ni siquiera la biblioteca opensource OpenCV desarrollada por Intel que también permite detectar rasgos faciales, pero cuyo inconveniente es la de instalarlo en nuestro servidor, un limitante para muchos nosotros.

La detección de rostros en estos días está disponible en distintos dispositivos y/o sitios, por ejemplo en cámaras fotográficas, Google e iPhoto; al parecer una tarea común.

Maurice Svay le dedicó un tiempo a estudiar artículos, papers, etc con la finalidad de crear una alternativa a OpenCV, el sitio web que recomienda es http://www.facedetection.com un sitio web con bastantes recursos sobre ese tema. Sin embargo terminó portando una implementación hecha con canvas+javascript en http://blog.kpicturebooth.com/?p=8 que dicho sea de paso ya no existe tal sitio.

El código que logró realizar gracias al trabajo de Karthik Tharavaad, es el siguiente:

<?php
// 
// This program is free software; you can redistribute it and/or
// modify it under the terms of the GNU General Public License
// as published by the Free Software Foundation; either version 2
// of the License, or (at your option) any later version.
// 
// This program is distributed in the hope that it will be useful,
// but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
// MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
// GNU General Public License for more details.
// 
// You should have received a copy of the GNU General Public License
// along with this program; if not, write to the Free Software
// Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.     
// 
// @Author Karthik Tharavaad 
//         karthik_tharavaad@yahoo.com
// @Contributor Maurice Svay
//              maurice@svay.Com

class Face_Detector {
    
    protected $detection_data;
    protected $canvas;
    protected $face;
    private $reduced_canvas;
    
    public function __construct($detection_file = 'detection.dat') {
        if (is_file($detection_file)) {
            $this->detection_data = unserialize(file_get_contents($detection_file));
        } else {
            throw new Exception("Couldn't load detection data");
        }
        //$this->detection_data = json_decode(file_get_contents('data.js'));
    }
    
    public function face_detect($file) {
        if (!is_file($file)) {
            throw new Exception("Can not load $file");
        }
        
        $this->canvas = imagecreatefromjpeg($file);
        $im_width = imagesx($this->canvas);
        $im_height = imagesy($this->canvas);

        //Resample before detection?
        $ratio = 0;
        $diff_width = 320 - $im_width;
        $diff_height = 240 - $im_height;
        if ($diff_width > $diff_height) {
            $ratio = $im_width / 320;
        } else {
            $ratio = $im_height / 240;
        }

        if ($ratio != 0) {
            $this->reduced_canvas = imagecreatetruecolor($im_width / $ratio, $im_height / $ratio);
            imagecopyresampled($this->reduced_canvas, $this->canvas, 0, 0, 0, 0, $im_width / $ratio, $im_height / $ratio, $im_width, $im_height);
            
            $stats = $this->get_img_stats($this->reduced_canvas);
            $this->face = $this->do_detect_greedy_big_to_small($stats['ii'], $stats['ii2'], $stats['width'], $stats['height']);
            $this->face['x'] *= $ratio;
            $this->face['y'] *= $ratio;
            $this->face['w'] *= $ratio;
        } else {
            $stats = $this->get_img_stats($this->canvas);
            $this->face = $this->do_detect_greedy_big_to_small($stats['ii'], $stats['ii2'], $stats['width'], $stats['height']);
        }
        return ($this->face['w'] > 0);
    }
    
    
    public function toJpeg() {
        $color = imagecolorallocate($this->canvas, 255, 0, 0); //red
        imagerectangle($this->canvas, $this->face['x'], $this->face['y'], $this->face['x']+$this->face['w'], $this->face['y']+ $this->face['w'], $color);
        header('Content-type: image/jpeg');
        imagejpeg($this->canvas);
    }
    
    public function toJson() {
        return "{'x':" . $this->face['x'] . ", 'y':" . $this->face['y'] . ", 'w':" . $this->face['w'] . "}";
    }
    
    public function getFace() {
        return $this->face;
    }
    
    protected function get_img_stats($canvas){
        $image_width = imagesx($canvas);
        $image_height = imagesy($canvas);     
        $iis =  $this->compute_ii($canvas, $image_width, $image_height);
        return array(
            'width' => $image_width,
            'height' => $image_height,
            'ii' => $iis['ii'],
            'ii2' => $iis['ii2']
        );         
    }
    
    protected function compute_ii($canvas, $image_width, $image_height ){
        $ii_w = $image_width+1;
        $ii_h = $image_height+1;
        $ii = array();
        $ii2 = array();      
                                
        for($i=0; $i<$ii_w; $i++ ){
            $ii[$i] = 0;
            $ii2[$i] = 0;
        }                        
                                    
        for($i=1; $i<$ii_w; $i++ ){  
            $ii[$i*$ii_w] = 0;       
            $ii2[$i*$ii_w] = 0; 
            $rowsum = 0;
            $rowsum2 = 0;
            for($j=1; $j<$ii_h; $j++ ){
                $rgb = ImageColorAt($canvas, $j, $i);
                $red = ($rgb >> 16) & 0xFF;
                $green = ($rgb >> 8) & 0xFF;
                $blue = $rgb & 0xFF;
                $grey = ( 0.2989*$red + 0.587*$green + 0.114*$blue )>>0;  // this is what matlab uses
                $rowsum += $grey;
                $rowsum2 += $grey*$grey;
                
                $ii_above = ($i-1)*$ii_w + $j;
                $ii_this = $i*$ii_w + $j;
                
                $ii[$ii_this] = $ii[$ii_above] + $rowsum;
                $ii2[$ii_this] = $ii2[$ii_above] + $rowsum2;
            }
        }
        return array('ii'=>$ii, 'ii2' => $ii2);
    }
    
    protected function do_detect_greedy_big_to_small( $ii, $ii2, $width, $height ){
        $s_w = $width/20.0;
        $s_h = $height/20.0;
        $start_scale = $s_h < $s_w ? $s_h : $s_w;
        $scale_update = 1 / 1.2;
        for($scale = $start_scale; $scale > 1; $scale *= $scale_update ){
            $w = (20*$scale) >> 0;
            $endx = $width - $w - 1;
            $endy = $height - $w - 1;
            $step = max( $scale, 2 ) >> 0;
            $inv_area = 1 / ($w*$w);
            for($y = 0; $y < $endy ; $y += $step ){
                for($x = 0; $x < $endx ; $x += $step ){
                    $passed = $this->detect_on_sub_image( $x, $y, $scale, $ii, $ii2, $w, $width+1, $inv_area);
                    if( $passed ) {
                        return array('x'=>$x, 'y'=>$y, 'w'=>$w);
                    }
                } // end x
            } // end y
        }  // end scale
        return null;
    }
    
    protected function detect_on_sub_image( $x, $y, $scale, $ii, $ii2, $w, $iiw, $inv_area){
        $mean = ( $ii[($y+$w)*$iiw + $x + $w] + $ii[$y*$iiw+$x] - $ii[($y+$w)*$iiw+$x] - $ii[$y*$iiw+$x+$w]  )*$inv_area;
        $vnorm =  ( $ii2[($y+$w)*$iiw + $x + $w] + $ii2[$y*$iiw+$x] - $ii2[($y+$w)*$iiw+$x] - $ii2[$y*$iiw+$x+$w]  )*$inv_area - ($mean*$mean);    
        $vnorm = $vnorm > 1 ? sqrt($vnorm) : 1;
        
        $passed = true;
        for($i_stage = 0; $i_stage < count($this->detection_data); $i_stage++ ){
            $stage = $this->detection_data[$i_stage];  
            $trees = $stage[0];  

            $stage_thresh = $stage[1];
            $stage_sum = 0;
                              
            for($i_tree = 0; $i_tree < count($trees); $i_tree++ ){
                $tree = $trees[$i_tree];
                $current_node = $tree[0];    
                $tree_sum = 0;
                while( $current_node != null ){
                    $vals = $current_node[0];
                    $node_thresh = $vals[0];
                    $leftval = $vals[1];
                    $rightval = $vals[2];
                    $leftidx = $vals[3];
                    $rightidx = $vals[4];
                    $rects = $current_node[1];
                    
                    $rect_sum = 0;
                    for( $i_rect = 0; $i_rect < count($rects); $i_rect++ ){
                        $s = $scale;
                        $rect = $rects[$i_rect];
                        $rx = ($rect[0]*$s+$x)>>0;
                        $ry = ($rect[1]*$s+$y)>>0;
                        $rw = ($rect[2]*$s)>>0;  
                        $rh = ($rect[3]*$s)>>0;
                        $wt = $rect[4];
                        
                        $r_sum = ( $ii[($ry+$rh)*$iiw + $rx + $rw] + $ii[$ry*$iiw+$rx] - $ii[($ry+$rh)*$iiw+$rx] - $ii[$ry*$iiw+$rx+$rw] )*$wt;
                        $rect_sum += $r_sum;
                    } 
                     
                    $rect_sum *= $inv_area;
                         
                    $current_node = null;
                    if( $rect_sum >= $node_thresh*$vnorm ){
                        if( $rightidx == -1 ) 
                            $tree_sum = $rightval;
                        else
                            $current_node = $tree[$rightidx];
                    } else {
                        if( $leftidx == -1 )
                            $tree_sum = $leftval;
                        else
                            $current_node = $tree[$leftidx];
                    }
                } 
                $stage_sum += $tree_sum;
            } 
            if( $stage_sum < $stage_thresh ){
                return false;
            }
        } 
        return true;
    }
}

Y para utilizarlo, únicamente lo hacemos de la siguiente manera:

$detector = new Face_Detector('detection.dat');
$detector->face_detect('maurice_svay_150.jpg');
$detector->toJpeg();

El cual nos devolverá el siguiente resultado.

demoFaceRecognition

Requiere de la biblioteca GD y es un poco lento pero debe funcionar en muchos servidores PHP. También es necesario el archivo detection.dat 

NOTA: Claro está que es un inicio funcional con algunas imágenes, con otras demorará más, y no funciona con varios rostros.

 

download

Ejemplo modificado.

Imagen original ~> Resultado  http://svay.com/experiences/face-detection/

Para mayor soporte y dudas, visiten el artículo original.

Face Detection in pure PHP (without OpenCV)