[人工智能]Android NDK开发——人脸检测与静默活体检测

前言

1.开发环境是win10,IDE是Android studio 北极狐，用到的库有NCNN,OpenCV。
2.NCNN库可以用官方编译好的releases库，也可以按官方文档自己编译。
3.OpenCV用的是nihui大佬简化过的opencv-mobile，大小只有10多M,如果不嫌大也可以用OpenCV官方的版本。
4.项目的各种依赖版本：

一、人脸检测

人脸活体检测的前提条件是先检测到当前的画面是否存在人脸，这里用的人脸检测用的yolov5-face,yolov5-face是一种实时、高精度的人脸检测，搭配NCNN在安卓上（华为Mate 30 pro）cpu 能跑出18 FPS左右，GPU能跑出25 FPS。算法源码地址：https://github.com/deepcam-cn/yolov5-face 。论文地址：https://arxiv.org/abs/2105.12931 。

二、活体检测

1、人脸活体检测是用来检测当前摄像头所检测到的人脸是否是伪造的，是人脸验证和人脸识别的前提条件，如果不能检测出来是否是活体，那么就会出现比如常见用照片，人脸面具，3D人像等其他媒介来骗过人脸识别系统。
2、目前主流的活体解决方案分为配合式活体检测和非配合式活体检测（静默活体检测）。配合式活体检测需要用户根据提示完成指定的动作(比如眨眼，头往哪边转一下)，然后再进行活体校验，静默活体则在用户无感的情况下直接进行活体校验。
3、这里演示的是静默活体检测，算法地址：https://github.com/minivision-ai/Silent-Face-Anti-Spoofing 。

三、创建项目

1.创建一个Native C++工程。

2.在CPP目录下导入OpenCV和NCNN库。

四、代码

1.添加打开安卓摄像头的ndkcamera，这是一个快速打开前后摄像头的轻量级C++库。
2.添加用于检测人脸的代码yoloface.h和yoloface.cpp。
3.添加活体检测代码facelive.h和ffacelive.cpp 。
4.在资源里面添加到的模型。

5.添加布局代码。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">


    <SurfaceView
        android:id="@+id/cameraview"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="fill_parent"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintHorizontal_bias="1.0"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"
        app:layout_constraintVertical_bias="0.0" />

    <ImageButton
        android:id="@+id/button_switch_camera"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginStart="20dp"
        android:layout_marginBottom="30dp"
        android:src="@drawable/ic_switch_camera"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"></ImageButton>


    <ImageButton
        android:id="@+id/btn_open_image"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginBottom="30dp"
        android:src="@drawable/ic_gallery"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
        app:layout_constraintHorizontal_bias="0.498"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent">

    </ImageButton>

    <ImageButton
        android:id="@+id/spinner_CPUGPU"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:layout_marginStart="330dp"
        android:layout_marginBottom="30dp"
        android:src="@drawable/ic_baseline"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintStart_toStartOf="parent">

    </ImageButton>


</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

6.编写makefile文件。

project(ncnnyoloface)

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

set(OpenCV_DIR ${CMAKE_SOURCE_DIR}/opencv/sdk/native/jni)
find_package(OpenCV REQUIRED core imgproc)

set(ncnn_DIR ${CMAKE_SOURCE_DIR}/ncnn/${ANDROID_ABI}/lib/cmake/ncnn)
find_package(ncnn REQUIRED)

add_library(livedetect SHARED yoloface.cpp facelive.cpp yolofacencnn.cpp  ndkcamera.cpp)

target_link_libraries(livedetect  ncnn ${OpenCV_LIBS} camera2ndk mediandk)

7.JNI交互代码
7.1 在Java里面面定义与C++交互的接口如下：

public class LiveDetect
{
    public native boolean loadModel(AssetManager mgr, int cpugpu);
    public native boolean openCamera(int facing);
    public native boolean closeCamera();
    public native boolean setOutputWindow(Surface surface);
    public  native Bitmap yoloTarget(Bitmap bitmap);

    static {
        System.loadLibrary("livedetect");
    }
}

7.2 在Native C++里面实现接口。

extern "C" {

JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "ncnn", "JNI_OnLoad");

    g_camera = new MyNdkCamera;

    return JNI_VERSION_1_4;
}

JNIEXPORT void JNI_OnUnload(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "ncnn", "JNI_OnUnload");

    {
        ncnn::MutexLockGuard g(lock);

        delete yolo_detect;
        delete face_live;
        face_live = 0;
        yolo_detect = 0;
    }

    delete g_camera;
    g_camera = 0;
}


JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_com_dashu_livedetect_LiveDetect_loadModel(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject assetManager, jint cpugpu)
{
    if ( cpugpu < 0 || cpugpu > 1)
    {
        return JNI_FALSE;
    }

    AAssetManager* mgr = AAssetManager_fromJava(env, assetManager);

    bool use_gpu = (int)cpugpu == 1;

    // reload
    {
        ncnn::MutexLockGuard g(lock);

        if (use_gpu && ncnn::get_gpu_count() == 0)
        {
            // no gpu
            delete yolo_detect;
            delete face_live;
            yolo_detect = 0;
            face_live = 0;
        }
        else
        {
            if (!yolo_detect)
            {
               yolo_detect = new YoloFace;
               face_live = new FaceLive;
            }
            yolo_detect->loadModel(mgr,face_model,use_gpu);
            face_live->LoadModel(mgr,live_model,use_gpu);
        }
    }

    return JNI_TRUE;
}

JNIEXPORT jobject JNICALL
Java_com_dashu_livedetect_LiveDetect_yoloTarget(JNIEnv *env,jobject, jobject image)
{
    cv::Mat cv_src,cv_dst,cv_doc;
    //bitmap转化成mat
    BitmapToMat(env,image,cv_src);
    cv::cvtColor(cv_src,cv_doc,cv::COLOR_BGRA2BGR);
    std::vector<Object> objects;
    yolo_detect->detection(cv_doc, objects);
    yolo_detect->drawTarget(cv_doc, objects);
    MatToBitmap(env,cv_doc,image);
    cv_dst.release();
    return image;
}


JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_com_dashu_livedetect_LiveDetect_openCamera(JNIEnv* env, jobject thiz, jint facing)
{
    if (facing < 0 || facing > 1)
        return JNI_FALSE;

    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "ncnn", "openCamera %d", facing);

    g_camera->open((int)facing);

    return JNI_TRUE;
}


JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_com_dashu_livedetect_LiveDetect_closeCamera(JNIEnv* env, jobject thiz)
{
    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "ncnn", "closeCamera");

    g_camera->close();

    return JNI_TRUE;
}

// public native boolean setOutputWindow(Surface surface);
JNIEXPORT jboolean JNICALL Java_com_dashu_livedetect_LiveDetect_setOutputWindow(JNIEnv* env, jobject thiz, jobject surface)
{
    ANativeWindow* win = ANativeWindow_fromSurface(env, surface);

    __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, "ncnn", "setOutputWindow %p", win);

    g_camera->set_window(win);

    return JNI_TRUE;
}

7.3 MainActivity里面调用Java类与C++交互的接口实现功能。

 //切换摄像头
        ImageButton buttonSwitchCamera = (ImageButton) findViewById(R.id.button_switch_camera);
        buttonSwitchCamera.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View arg0) {

                int new_facing = 1 - facing;

                yolo_fire.closeCamera();

                yolo_fire.openCamera(new_facing);

                facing = new_facing;
            }
        });

        //打开图像
        open_image = (ImageButton) findViewById(R.id.btn_open_image);
        open_image.setOnClickListener(new View.OnClickListener()
        {
            @Override
            public void onClick(View arg0)
            {
                Intent i = new Intent(Intent.ACTION_PICK);
                i.setType("image/*");
                startActivityForResult(i, SELECT_IMAGE);
                yolo_fire.closeCamera();
            }
        });


        //切换CPU/GPU
        spinnerCPUGPU = (ImageButton) findViewById(R.id.spinner_CPUGPU);
        spinnerCPUGPU.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View arg0) {
                if(current_cpugpu == 0)
                {
                    current_cpugpu = 1;
                    Toast.makeText(MainActivity.this, "启用CPU推理", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
                else
                {
                    current_cpugpu = 0;
                    Toast.makeText(MainActivity.this, "启用GPU推理", Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }

                reload();
            }
        });
        reload();
    }

7.4 运行效果。

五.资源文件

1.可执行的apk文件:https://download.csdn.net/download/matt45m/85007518
2.整个工程源码和模型：https://download.csdn.net/download/matt45m/85007554