2020-05-28

虹软人脸识别 - 采用数据库存取人脸特征数据

前几天有个朋友遇到了个问题，他在使用虹软的人脸识别引擎时，想更换一下人脸识别的存储方式，原本demo中使用的是文件的方式进行存储，而他想要通过数据库的方式进行存储。由于他刚接触Android不久，对数据库这块不甚了解，再加之听上去要存特征数据，听上去就很难的样子，可愁坏了他。其实虹软的人脸特征数据就是一个byte[]，存储起来还是相当方便的。我为他写了一个demo，顺便与大家分享一下，希望能帮到有需要的人，本文将分为以下几点讲述。

  • 两种数据库存储方式
  • 封装数据库操作接口
  • ArcFaceDemo接入

一、两种数据库操作方式

方案一：使用原生数据库存储人脸特征数据

1. 建表

首先我们需要建一张表来存储特征数据，但是光存储特征数据还是不够的，不足以满足人脸识别的需要，因此我们还需要人脸姓名、人脸图片等数据。下面我创建了一个User表，以id为主键，并自增长，faceName用TEXT类型存储，把人脸图片与特征都用Blob存储。

注意：对于人脸库中人脸较多的场景，请将注册图存储至本地，数据库中仅保留文件路径，否则会占用很多内存。

public class FaceDatabaseHelper extends SQLiteOpenHelper {

    private static final String TAG = "FaceDatabaseHelper";

    public FaceDatabaseHelper(@Nullable Context context, @Nullable String name, @Nullable SQLiteDatabase.CursorFactory factory, int version) {
        super(context, name, factory, version);
    }

    @Override
    public void onCreate(SQLiteDatabase db) {
        //创建Face表 ID 名字 照片 特征
        db.execSQL("CREATE TABLE IF NOT EXISTS Face" +
                "(id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, faceName TEXT, facePic Blob , faceFeature Blob)");
        //建库成功后给出提示
        Log.i(TAG, "dataBase Create Success");
    }


    @Override
    public void onUpgrade(SQLiteDatabase db, int oldVersion, int newVersion) {
    }
}

2. 新增人脸数据

表已经建好了，接下来就是往表中插入数据，需要注意的是，这里的最后一个参数需要传入jpeg格式的数据。

    public long addFace(String faceName, byte[] faceFeature, byte[] facePic) {
        //存人脸
        ContentValues values = new ContentValues();
        long index = -1;
        //写入表
        try {
            values.put("faceName", faceName);
            values.put("faceFeature", faceFeature);
            values.put("facePic", facePic);
            index = db.insert("Face", null, values);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return index;
    }

3. 加载人脸数据

人脸数据已经成功的插入到了表中，接下来我们就需要将表内所有的数据加载到内存。

    public ArrayList<FaceEntity> selectAllFaces() {
        ArrayList<FaceEntity> dataList = new ArrayList<>();
        Cursor cursor = db.query("Face", null, null, null, null, null, null);
        while (cursor.moveToNext()) {
            FaceEntity data = new FaceEntity();
            int id = cursor.getInt(cursor.getColumnIndex("id"));
            String faceName = cursor.getString(cursor.getColumnIndex("faceName"));
            byte[] facePic = cursor.getBlob(cursor.getColumnIndex("facePic"));
            byte[] faceFeature = cursor.getBlob(cursor.getColumnIndex("faceFeature"));
            data.setId(id);
            data.setFaceName(faceName);
            data.setFacePic(facePic);
            data.setFaceFeature(faceFeature);
            dataList.add(data);
        }
        cursor.close();
        return dataList;
    }

4. 清空人脸数据

支持删除所有人脸或单张人脸。

public void deleteAllFace() {
    db.execSQL("delete from Face");
}

public void deleteFaceById(int id) {
    db.delete("Face", "id=?", new String[]{"" + id});
}

方案二：使用Room框架存储人脸特征数据

上面使用的是原生数据库操作接口，这边还提供一种使用Android官方推荐的Room框架操作数据库的示例。

1. 添加依赖

首先我们要在app下的build.gradle文件内添加room的依赖。

implementation 'android.arch.persistence.room:runtime:1.1.1'
annotationProcessor 'android.arch.persistence.room:compiler:1.1.1'

2. 建表

Room的数据库操作相比于原生的方式来说简单的多，只需要对实体类进行注解即可。

注意：对于人脸库中人脸较多的场景，请将注册图存储至本地，数据库中仅保留文件路径，否则会占用很多内存。


// entity声明定义，并且指定了映射数据表明
@Entity(tableName = "Face")
public class FaceEntity {
    // 设置主键，并且定义自增增
    @PrimaryKey(autoGenerate = true)
    public int id;
    // 字段映射具体的数据表字段名
    @ColumnInfo(name = "faceName")
    private String faceName;

    @ColumnInfo(name = "faceFeature")
    private byte[] faceFeature;

    @ColumnInfo(name = "facePic")
    private byte[] facePic;
    
    // getter/setter就不贴了
    ...
}

3. 建库

每次打开数据库文件都会产生比较大的开销，所以将FaceRoomDatabase设计成单例。

//注解指定了database的表映射实体数据以及版本等信息
@Database(entities = {FaceEntity.class}, version = 1)
public abstract class FaceRoomDatabase extends RoomDatabase {
    //RoomDatabase提供直接访问底层数据库实现，我们通过定义抽象方法返回具体Dao
    //然后进行数据库增删该查的实现。
    public abstract FaceDao userDao();

    private static volatile FaceRoomDatabase instance;
    
    public static FaceRoomDatabase getInstance(Context context) {
        if (instance == null) {
            synchronized (FaceRoomDatabase.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = Room.databaseBuilder(context.getApplicationContext(), FaceRoomDatabase.class, "RoomFaceDB.db")
                            .build();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4. 数据库操作

基于Room框架的数据库操作较为简单，就不一一例举，统一放在一起进行说明。

@Dao
public interface FaceDao {
    //返回Long数据表示，插入条目的主键值（uid）
    @Insert
    Long addFace(FaceEntity user);

    //获取所有人脸数据
    @Query("SELECT * FROM Face")
    List<FaceEntity> getAllFace();

    //删除所有人脸数据
    @Query("DELETE FROM Face")
    int deleteAll();

    //删除指定人脸
    @Delete
    int delete(FaceEntity user);
}

二、封装数据库操作接口

2.1 接口声明

为了代码切换更便捷，能够在代码中快速切换使用Room或直接使用SQLite进行数据库操作：

    // ROOM方式
    private static FaceDatabaseAccessObject dao = new RoomFaceDao();
    // 直接使用SQLite方式
//    private static FaceDatabaseAccessObject dao = new SQLiteFaceDao();

我们可以预先定义一套接口FaceDatabaseAccessObject：

public interface FaceDatabaseAccessObject {
    /**
     * 初始化
     */
    void init();

    /**
     * 插入一个人脸
     *
     * @param userEntity 人脸信息
     * @return index
     */
    long insert(FaceEntity userEntity);

    /**
     * 获取所有人脸
     *
     * @return 所有人脸
     */
    List<FaceEntity> getAll();

    /**
     * 清空所有人脸
     */
    void clearAll();

    /**
     * 回收资源操作
     */
    void release();
}

2.2 SQLite实现FaceDatabaseAccessObject接口

public class SQLiteFaceDao implements FaceDatabaseAccessObject {
    private static FaceDatabaseManager faceDataBaseManager;

    @Override
    public void init() {
        faceDataBaseManager = new FaceDatabaseManager(ArcFaceApp.getApplication());
    }

    @Override
    public long insert(FaceEntity userEntity) {
        if (faceDataBaseManager == null) {
            return -1;
        }
        return faceDataBaseManager.addFace(userEntity.getFaceName(), userEntity.getFaceFeature(), userEntity.getFacePic());
    }

    @Override
    public List<FaceEntity> getAll() {
        if (faceDataBaseManager == null) {
            return null;
        }
        return faceDataBaseManager.selectAllFaces();
    }

    @Override
    public void clearAll() {
        if (faceDataBaseManager == null) {
            return;
        }
        faceDataBaseManager.deleteAllFace();
    }

    @Override
    public void release() {
        if (faceDataBaseManager == null) {
            return;
        }
        faceDataBaseManager.release();
    }
}

2.3 ROOM实现FaceDatabaseAccessObject接口

public class RoomFaceDao implements FaceDatabaseAccessObject {
    private static FaceDao dao;
    private FaceRoomDatabase appDatabase;

    @Override
    public void init() {
        appDatabase = FaceRoomDatabase.getInstance(ArcFaceApp.getApplication());
        dao = appDatabase.userDao();
    }

    @Override
    public long insert(FaceEntity userEntity) {
        return dao == null ? -1 : dao.addFace(userEntity);
    }

    @Override
    public List<FaceEntity> getAll() {
        return dao == null ? null : dao.getAllFace();
    }

    @Override
    public void clearAll() {
        if (dao == null) {
            return;
        }
        dao.deleteAll();
    }

    @Override
    public void release() {
        if (appDatabase != null) {
            appDatabase.close();
        }
    }
}

三、ArcFaceDemo接入

数据库操作已经实现，接下来就要实际运用到项目中，首先是人脸注册，我们直接修改Demo中FaceServer类的register方法。

3.1 注册

// 创建一个头像的Bitmap，存放旋转结果图
Bitmap headBmp = getHeadImage(bgr24, width, height, faceInfoList.get(0).getOrient(), cropRect, ArcSoftImageFormat.BGR24);
// 录入人脸
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
headBmp.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 50, baos);
byte[] facePic = baos.toByteArray();

FaceEntity user = new FaceEntity();
user.setFaceName(userName);
user.setFaceFeature(faceFeature.getFeatureData());
user.setFacePic(facePic);
dao.insert(user);

3.2 查询

上面我们已经完成了注册，接下来就是查询，由于Room不推荐在主线程中进行UI操作，我们新创建一个线程，将原本Demo中的initFaceList替换为initFaceListByDataBase。

    private void initFaceListByDataBase() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                faceRegisterInfoList = new ArrayList<>();
                List<FaceEntity> userTableList = dao.getAll();
                for (FaceEntity userInfo : userTableList) {
                    faceRegisterInfoList.add(new FaceRegisterInfo(userInfo.getFaceFeature(), userInfo.getFaceName(), userInfo.getFacePic()));
                }
            }
        }).start();
    }

3.3 删除

删除人脸同样属于IO操作，推荐放在子线程中处理。

    public int clearAllFaces(Context context) {
        synchronized (this) {
            if (context == null) {
                return 0;
            }
            int number = 0;
            if (faceRegisterInfoList != null) {
                number = faceRegisterInfoList.size();
                faceRegisterInfoList.clear();
            }
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    dao.clearAll();
                }
            }).start();
            return number;
        }
    }

3.4 显示

由于原本图片的加载模式是加载本地文件，而现在图片是直接存储在数据库的，因此需要对CompareResult进行修改，同时要对FaceSearchResultAdapter的图片加载做一些修改。

public class CompareResult {
    private String userName;
    private float similar;
    private int trackId;
    private byte[] facePic;

    public CompareResult(String userName, float similar) {
        this.userName = userName;
        this.similar = similar;
    }

    public CompareResult(String userName, float similar, byte[] facePic) {
        this.userName = userName;
        this.similar = similar;
        this.facePic = facePic;
    }
}

public CompareResult getTopOfFaceLib(FaceFeature faceFeature) {
   //......
   //.....
    if (maxSimilarIndex != -1) {
        //return new CompareResult(faceRegisterInfoList.get(maxSimilarIndex).getName(), maxSimilar);
        return new CompareResult(faceRegisterInfoList.get(maxSimilarIndex).getName(), maxSimilar, faceRegisterInfoList.get(maxSimilarIndex).getFacePic());
    }
    return null;
}

FaceSearchResultAdapter内修改注册照显示的图像加载。

@Override
public void onBindViewHolder(@NonNull CompareResultHolder holder, int position) {
    if (compareResultList == null) {
        return;
    }
//        File imgFile = new File(FaceServer.ROOT_PATH + File.separator + FaceServer.SAVE_IMG_DIR + File.separator + compareResultList.get(position).getUserName() + FaceServer.IMG_SUFFIX);
//        Glide.with(holder.imageView)
//                .load(imgFile)
//                .into(holder.imageView);
    Glide.with(holder.imageView)
            .load(compareResultList.get(position).getFacePic())
            .into(holder.imageView);
    holder.textView.setText(compareResultList.get(position).getUserName());
}

3.5 效果

至此为止我们已经搭建好数据库，并且完成了识别界面相关的代码修改，下面是实际运行的效果。

image

四、附录

本文通过两种数据库操作方式介绍了人脸特征数据的存取，供大家参考，若有不对的地方，请大家指正！

如果对您有所帮助，可以为我的demo点个star！

提示：本文示例代码在使用前需先修改com.arcsoft.arcfacedemo.common.Constants.java中的APP_ID与SDK_KEY。

源码地址：https://github.com/1244975831/ArcFaceDemoDatabase

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