Python课程设计基于python的人脸识别佩戴口罩系统设计

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1 研究背景与意义

新型冠状病毒展现出全球化流行和蔓延的趋势，这提醒我们：传染病防治在今后相当长时间内仍是疾病预测控制工作的重点。戴口罩是预防呼吸道传染病的重要防线，可以降低新型冠状病毒感染风险。口罩不仅可以防止病人喷射飞沫，降低飞沫量和喷射速度，还可以阻挡含病毒的飞沫核，防止佩戴者吸入。所以，戴口罩是日常必要的环节。为了他人安全和自身的安全，进出一些场合，人人都需要戴口罩。但最近天气炎热，人们戴口罩的自觉性不如提前了，在商场等公共场所，需要专门的人员去提醒顾客戴好口罩。因此，开发人脸口罩检测系统是非常有必要的，它能检测我们进入某些场所是否带口罩，跑起程序测试后，发现识别率高，也能适应不同环境。我这次的课程设计的目标是基于人脸识别实现人脸的”是否戴口罩“工作。

2系统功能分析设计

根据相关工作人员对人们是否佩戴口罩的检测的实际需求，该平台应该具有以下几项基本功能：
1：能够在给定图片上完成人脸加口罩的测试。
2：检测人们是否佩戴口罩
3：以及在图片上显示戴口罩的程度。例如MASK：99.02% NO MASK:100%

3系统技术架构分析设计

3.1 系统功能结构设计
该系统要实现检测人们是否佩戴口罩的基本功能，根据自顶向下的设计思路，该系统的模块架构设计如图3-1所示。主要分为人脸识别，获取对照人脸，建立人脸模型，检测实时人脸，通过模型校验，输出识别结果。

3.2 系统运行流程
本系统要运行流程如图3-2所示。

4 系统开发软、硬件配置要求

系统开放配置要求如下：
（1）操作系统：win11（64位）
（2）Python解释器版本：Python3.7.10
（3）开发工具：Pycharm
（4）所使用的Python内置模块、标准库如表4-1所示：

（5）所使用的Python第三方库如表4-2所示：

5主函数设计

系统主函数主要实现检测是否戴口罩以及佩戴口罩的程度功能，对应的程序流程图如同5-1所示。

6功能函数设计

6.1 功能模块1设计
功能模块1主要实现检测是否佩戴口罩功能，对应的程序流程图如同6-1所示。

6.2 功能模块2设计
功能模块2主要实现图片显示NO MASK💯00%以及MASK（以及戴口罩的程度)功能，对应的程序流程图如同6-2所示。

7 项目打包

将 Python源代码通过pyinstaller生成可执行文件，目的是不需要依赖python编译器就可以运行软件。具体操作如下：
打包生成的可执行文件截图，如图7-1所示。

8 源代码

系统总的源代码有210行，选用Pycharm编写完成。
（详见下载，文章开头下载方式）

9 代码调试运行

系统代码调试采用先模块再整体的调试思路，通过Pycharm的单步断点调试方式。
调试方pycharm单步断点调试方法：


代码运行结果：

10 总结与展望

10.1总结
既定的功能设计基本实现。存在的不足：模型只能识别佩戴口罩和不佩戴口罩，但是不能识别出口罩是否佩戴正确。模型是用裁剪后的人脸训练的，那么在实际的应用中也当使用裁剪后的人脸。功能的扩展：利用了思维识别技术。通过这次综合实践，我对专业和项目开发有了更加深切和具体的认识，体会到了写程序的艰辛与复杂，但克服困难之后的喜悦也是巨大的。通过不断地去解决问题，我的能力都有了很大的提高。
10.2展望

1. 在真正部署到实际中还应当增加数据集，扩充一些故意遮挡的图片。
2. 通过采用眼部关键点和注意力机制相结合的方法来增强眼部特征，眼部特征图与整体人脸特征图的多级融合，充分挖掘人脸的有效信息，提升模型在口罩遮挡情况下的表现。
3. 解决戴口罩进行人脸识别存在的问题，例如光照问题，遮挡问题以及人脸识别可能存在的安全性。通过更加完善的系统代码解决这些问题。

11 个人体会

python实验报告已经接近尾声，在这一周的过程中，我更加领悟到了python的魅力。在写实验报告中，不但加深了以往对于python基础语法的认识和运用，更重要的是，在原来的基础上，学到了新的东西。从开始选题到完成实验报告，一开始，更多的只是想完成任务和对自己需要的角度进行学习，随着完成过程中查找的学习内容逐渐丰富以及了解的积累，开始对python越来越感兴趣。当然在个人课程设计过程中遇到了一些技术难点，例如如何检测到有障碍物遮挡的人脸区域，在人群中识别脸部特征较为困难，光照问题，遮挡问题，动态识别问题，图形质量问题，以及人脸识别可能存在安全问题。分析解决办法：利用思维识别技术来进行认证，这项技术具有防窥性，防复制特性，使用户可以把多个账号的密码统一成一个，简化记忆，而且还具备双向验证能力。最后使人脸识别是否戴口罩技术更加完善应用到生活的各个方面。