Dlib による顔検出，顔ランドマークの検出を行う Python プログラム（Dlib, Python を使用）（Windows 上）

【目次】

前準備
Dlib Python のインストール，Dlib のソースコード等と，Dlib の学習済みモデルのダウンロード
顔写真とビデオの準備
Python プログラム

【サイト内の関連ページ】

説明資料: Dlib の機能概要 [PDF], [パワーポイント]
顔情報処理の Python プログラム（Dlib，face_recognition を使用）について: 別ページ »にまとめ
Windows で動く人工知能関係 Pythonアプリケーション，オープンソースソフトウエア）: 別ページ »にまとめている．

【用語説明】

Dlib
Dlibは，数多くの機能を持つ C++ ライブラリ．機能には，機械学習，数値計算，グラフィカルモデル推論，画像処理，スレッド，通信，GUI，データ圧縮・一貫性，テスト，さまざまなユーティリティなどがある．Python API もある．
顔検出 (face detection):
Dlib には，Convolutional Neural Network (CNN) による顔検出の機能がある．

Dlib による顔検出の例

顔検出が行われ，顔を囲むようなバウンディングボックス (bounding box) が表示される．

バウンディングボックスの座標値が数値データとして得られる

顔ランドマークの検出 (face landmark detector): 画像から 68 のランドマーク (68 landmarks) を得る． tree structured part model により，最大 68 のランドマークを得る

顔のランドマーク検知が行われ，顔を囲むようなバウンディングボックス (bounding box) と，顔のランドマークが表示される．

1. 前準備

Python のインストール（Windows上）

注：既にPython（バージョン3.12を推奨）がインストール済みの場合は，この手順は不要である．

winget（Windowsパッケージマネージャー）を使用してインストールを行う

Windowsで，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）
winget（Windowsパッケージマネージャー）が利用可能か確認する：
winget --version
Pythonのインストール（下のコマンドにより Python 3.12 がインストールされる）．
winget install --scope machine Python.Launcher winget install --scope machine Python.Python.3.12

【関連する外部サイト】

Python公式サイト：https://www.python.org/

【サイト内の関連ページ】

Python詳細ガイド：Pythonまとめ »

Build Tools for Visual Studio 2022 （ビルドツール for Visual Studio 2022）または Visual Studio 2022 のインストール（Windows 上）

CUDAツールキットは、GPU上でコードをコンパイルするためにC++コンパイラを必要とします。そのため、事前にMicrosoft C++ Build Tools または Visual Studio (C++開発ワークロードを含む) をインストールしておく必要があります。

【インストールの判断】 Build Tools for Visual Studio は，C++コンパイラなどを含む開発ツールセットです． Visual Studio は統合開発環境であり，いくつかのエディションがあり，Build Tools for Visual Studioの機能を含むか連携して使用します．インストールは以下の基準で判断してください：

コマンドラインからのビルドなど、C++コンパイラ機能のみが必要な場合:
Build Tools for Visual Studio のインストールを行います．
Visual Studioのエディタやデバッガなどの統合開発環境機能が必要な場合、あるいは、どちらをインストールすべきかよく分からない場合:
Visual Studio Community (または他のエディション) をインストールします．

Visual Studio 2022 をインストールする際に，「C++ によるデスクトップ開発」ワークロードを選択することで，必要なBuild Toolsの機能も一緒にインストールされます．

不明な点がある場合は，Visual Studio 全体をインストールする方が、後で機能を追加する手間が省ける場合があります．

Build Tools for Visual Studio 2022 のインストール（Windows 上）

Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動します（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）。
以下のwingetコマンドを実行します。wingetはWindows標準のパッケージマネージャーです。

--scope machine オプションはシステム全体にインストールすることを意味します。

次のコマンドは，Build Tools for Visual Studio 2022と、多くのプログラムで必要とされるVC++ 2015以降の再頒布可能パッケージをインストールします．
winget install --scope machine Microsoft.VisualStudio.2022.BuildTools winget install --scope machine Microsoft.VCRedist.2015+.x64
Build Tools for Visual Studio 2022 で C++ によるデスクトップ開発関連コンポーネントのインストール
CUDA開発には、標準のC++開発ツールに加えて、特定のコンポーネントが必要になる場合があります。
1. Visual Studio Installer を起動します。
  起動方法: スタートメニューから「Visual Studio Installer」を探して実行します．
2. Visual Studio Build Tools 2022 の項目で「変更」ボタンをクリックします．
3. 「ワークロード」タブで「C++ によるデスクトップ開発」をクリックして選択します。画面右側の「インストールの詳細」で、必要に応じて「v143 ビルドツール用 C++/CLI サポート（最新）」、「ATL」、「MFC」などをチェックします（これらは一般的なC++開発や特定のプロジェクトタイプで必要になる場合があります）。その後、「変更」をクリックしてインストールまたは変更を適用します．

Visual Studio Community 2022 のインストール（Windows 上）

Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動します。
インストールコマンドの実行
以下のwingetコマンドを実行します。--override "--add ..." 部分で、インストールするワークロードやコンポーネントを指定しています。
winget install Microsoft.VisualStudio.2022.Community --scope machine --override "--add Microsoft.VisualStudio.Workload.NativeDesktop Microsoft.VisualStudio.ComponentGroup.NativeDesktop.Core Microsoft.VisualStudio.Component.VC.CLI.Support Microsoft.VisualStudio.Component.CoreEditor Microsoft.VisualStudio.Component.NuGet Microsoft.VisualStudio.Component.Roslyn.Compiler Microsoft.VisualStudio.Component.TextTemplating Microsoft.VisualStudio.Component.Windows.SDK.Latest Microsoft.VisualStudio.Component.VC.Tools.x86.x64 Microsoft.VisualStudio.Component.VC.ATL Microsoft.VisualStudio.Component.VC.ATLMFC" winget install Microsoft.VisualStudio.2022.Community --scope machine Microsoft.VCRedist.2015+.x64
インストールされる主要なコンポーネントの説明：
- NativeDesktop (C++によるデスクトップ開発): CUDA開発に必要なC++コンパイラ(VC.Tools.x86.x64)やWindows SDK (Windows.SDK.Latest)など、基本的な開発ツール一式を含みます。
- CoreEditor: Visual Studioの基本的なコードエディタ機能を提供します。
- VC.CLI.Support: C++/CLIを用いた開発サポート（通常、純粋なCUDA C++開発では不要な場合もあります）。
- NuGet: .NETライブラリ管理用（C++プロジェクトでも利用されることがあります）。
- VC.ATL / VC.ATLMFC: 特定のWindowsアプリケーション開発フレームワーク（通常、CUDA開発自体には直接必要ありません）。
システム要件と注意事項：
- 管理者権限でのインストールが必須です。
- 必要ディスク容量：10GB以上（選択するコンポーネントにより変動）。
- 推奨メモリ：8GB以上のRAM。
- インストール過程でシステムの再起動が要求される可能性があります。
- 安定したインターネット接続環境が必要です。
後から追加のコンポーネントが必要になった場合は，Visual Studio Installerを使用して個別にインストールすることが可能です．
インストール完了の確認
インストールが成功したか確認するには、管理者権限のコマンドプロンプトで以下のコマンドを実行します。
winget list Microsoft.VisualStudio.2022.Community
リストに表示されればインストールされています。

トラブルシューティング：

インストール失敗時は，以下のログファイルを確認すると原因究明の手がかりになります：
%TEMP%\dd_setup_.log %TEMP%\dd_bootstrapper_.log
( は実行日時に対応する文字列)
(オプション) Visual Studio Installer での確認と変更
wingetでのインストール後も、Visual Studio Installerを使ってインストール内容を確認・変更できます。
1. Visual Studio Installer を起動します。
2. Visual Studio Community 2022 の項目で「変更」をクリックします。
3. 「ワークロード」タブで「C++ によるデスクトップ開発」がチェックされていることを確認します。必要であれば、「個別のコンポーネント」タブで特定のツール（例: 特定バージョンのMSVCコンパイラ、CMakeツールなど）を追加・削除できます。「インストールの詳細」で「v143 ビルドツール用 C++/CLI サポート（最新）」などが選択されているかも確認できます。変更後、「変更」または「インストール」をクリックします。

Git のインストール（Windows 上）

Gitは，バージョン管理システム．ソースコードの管理や複数人での共同に役立つ．

【サイト内の関連ページ】 Windows での Git のインストール: 別ページ »で説明

【関連する外部ページ】 Git の公式ページ: https://git-scm.com/

7-Zip のインストール（Windows 上）

7-Zipは，ファイル圧縮・展開（解凍）ツール

Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

次のコマンドを実行

次のコマンドは，7-Zipをインストールするものである．

winget install --scope machine 7zip.7zip
powershell -command "$oldpath = [System.Environment]::GetEnvironmentVariable(\"Path\", \"Machine\"); $oldpath += \";c:\Program Files\7-Zip\"; [System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"Path\", $oldpath, \"Machine\")"

【関連する外部ページ】

7-Zip の公式ページ: https://7-zip.opensource.jp/

imutils のインストール

Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）

imutils のインストール

cd /d c:%HOMEPATH%
rmdir /s /q imutils

cd /d c:%HOMEPATH%
git clone https://github.com/jrosebr1/imutils
cd imutils
python setup.py build
python setup.py install

（以下省略）

imutils のバージョン確認
Windows のコマンドプロンプトで、次のコマンドを実行
python -c "import imutils; print( imutils.__version__ )"

2. Dlib Python のインストール，Dlib のソースコード等と，Dlib の学習済みモデルのダウンロード

Windows で，コマンドプロンプトを管理者権限で起動する（例：Windowsキーを押し，「cmd」と入力し，「管理者として実行」を選択）
Dlib のパッケージのインストール

Windows で pip を実行するときは，コマンドプロンプトを管理者として開き，それを使って pip を実行することにする．

次のコマンドを実行．
python -m pip uninstall -y dlib cd C:\ rmdir /s /q dlib git clone https://github.com/davisking/dlib cd C:\dlib python setup.py build --no DLIB_GIF_SUPPORT python setup.py install --no DLIB_GIF_SUPPORT
Python の dlib パッケージがインストールできたことの確認

バージョン番号が表示されれば OK．下の図とは違うバージョンが表示されることがある．
python -c "import dlib; print( dlib.__version__ )"
Dlib のソースコード等のダウンロード
次のコマンドを実行．
cd C:\ rmdir /s /q dlib git clone https://github.com/davisking/dlib

Dlib の学習済みモデルのダウンロード

次のコマンドを実行．

cd C:\dlib
cd python_examples
curl -O http://dlib.net/files/mmod_human_face_detector.dat.bz2
curl -O http://dlib.net/files/dlib_face_recognition_resnet_model_v1.dat.bz2
curl -O http://dlib.net/files/shape_predictor_5_face_landmarks.dat.bz2
curl -O http://dlib.net/files/shape_predictor_68_face_landmarks.dat.bz2
"c:\Program Files\7-Zip\7z.exe" x mmod_human_face_detector.dat.bz2
"c:\Program Files\7-Zip\7z.exe" x dlib_face_recognition_resnet_model_v1.dat.bz2
"c:\Program Files\7-Zip\7z.exe" x shape_predictor_5_face_landmarks.dat.bz2
"c:\Program Files\7-Zip\7z.exe" x shape_predictor_68_face_landmarks.dat.bz2
del mmod_human_face_detector.dat.bz2
del dlib_face_recognition_resnet_model_v1.dat.bz2
del shape_predictor_5_face_landmarks.dat.bz2
del shape_predictor_68_face_landmarks.dat.bz2

Dlib の動作確認のため，次を実行．エラーメッセージが出ずに，顔検出の結果が表示されれば OK とする．
cd C:\dlib cd python_examples python cnn_face_detector.py mmod_human_face_detector.dat ..\examples\faces\2007_007763.jpg

顔写真とビデオの準備

ここで使用するビデオ

mp4 形式動画ファイル: sample1.mp4

ここで使用する顔写真

顔写真: 126.png, 127.png

作業手順

Windows のコマンドプロンプトを開く

ダウンロード

次のコマンドを実行．

cd C:\dlib
cd python_examples
curl -O https://www.kkaneko.jp/sample/face/126.png
curl -O https://www.kkaneko.jp/sample/face/127.png
curl -O https://www.kkaneko.jp/sample/face/sample1.mp4

Python プログラム

濃淡画像に変換して表示する Python プログラム

顔画像ファイル 126.png を読み込んで、濃淡画像に変換してみる

Python プログラムの実行

Windows では python （Python ランチャーは py）
Ubuntu では python3

Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

python

コマンドプロンプトで次を実行

cd C:\dlib
python

次の Python プログラムを実行

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils
img = cv2.imread("./python_examples/126.png")
mono = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
cv2.imshow("", mono)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
exit()

画像が表示されるので確認．このあと，ウインドウの右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，何かのキーを押して閉じる

顔検出の Python プログラム

Python プログラムの実行

Windows では python （Python ランチャーは py）
Ubuntu では python3

Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

python

コマンドプロンプトで次を実行

cd C:\dlib
python

次の Python プログラムを実行

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils
img = cv2.imread("./python_examples/126.png")
mono = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

detector = dlib.get_frontal_face_detector()
rects = detector(mono, 1)
print(rects)
exit()

結果が数値で表示される

顔検出の68 ランドマークの Python プログラム

Python プログラムの実行

Windows では python （Python ランチャーは py）
Ubuntu では python3

Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

python

コマンドプロンプトで次を実行

cd C:\dlib
python

次の Python プログラムを実行

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils
img = cv2.imread("./python_examples/126.png")
mono = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

detector = dlib.get_frontal_face_detector()
rects = detector(mono, 1)
print(rects)

from imutils import face_utils

def box_label(bgr, x1, y1, x2, y2, label):
    cv2.rectangle(bgr, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 1, 1)
    cv2.rectangle(bgr, (int(x1), int(y1-25)), (x2, y1), (255,255,255), -1)
    cv2.putText(bgr, label, (x1, int(y1-5)), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.7, (0,0,0), 1)

disp = img.copy()
predictor = dlib.shape_predictor('python_examples/shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
for (i, rect) in enumerate(rects):
    shape = predictor(mono, rect)
    shape = face_utils.shape_to_np(shape)
    (x, y, w, h) = face_utils.rect_to_bb(rect)
    box_label(disp, x, y, x + w, y + h, str(i))
    j = 0
    for (x, y) in shape:
        j = j + 1
        cv2.putText(disp, str(j), (x, y - 6), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 1)
        cv2.circle(disp, (x, y), 2, (0, 255, 0), -1)

cv2.imshow("", disp)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
exit()

68 ランドマークの結果を表示

画像が表示されるので確認．このあと，ウインドウの右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，何かのキーを押して閉じる

右目と左目の情報のみを表示

Python プログラムの実行

Windows では python （Python ランチャーは py）
Ubuntu では python3

Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

python

コマンドプロンプトで次を実行

python

コマンドプロンプトで次を実行

cd C:\dlib
python

次の Python プログラムを実行

「if ( j > 36 and j < 49): 」を追加

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils
img = cv2.imread("./python_examples/126.png")
mono = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

detector = dlib.get_frontal_face_detector()
rects = detector(mono, 1)
print(rects)

from imutils import face_utils

def box_label(bgr, x1, y1, x2, y2, label):
    cv2.rectangle(bgr, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 1, 1)
    cv2.rectangle(bgr, (int(x1), int(y1-25)), (x2, y1), (255,255,255), -1)
    cv2.putText(bgr, label, (x1, int(y1-5)), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.7, (0,0,0), 1)

disp = img.copy()
predictor = dlib.shape_predictor('python_examples/shape_predictor_68_face_landmarks.dat')
for (i, rect) in enumerate(rects):
    shape = predictor(mono, rect)
    shape = face_utils.shape_to_np(shape)
    (x, y, w, h) = face_utils.rect_to_bb(rect)
    box_label(disp, x, y, x + w, y + h, str(i))
    j = 0
    for (x, y) in shape:
        j = j + 1
        if ( j > 36 and j < 49):
            cv2.putText(disp, str(j), (x, y - 6), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 1)
            cv2.circle(disp, (x, y), 2, (0, 255, 0), -1)

cv2.imshow("", disp)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

画像が表示されるので確認．このあと，ウインドウの右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，何かのキーを押して閉じる

ビデオで行ってみる

Python プログラムの実行

Windows では python （Python ランチャーは py）
Ubuntu では python3

Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

python

コマンドプロンプトで次を実行

cd C:\dlib
python

次の Python プログラムを実行

OpenCV による動画表示を行う．

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils

def box_label(bgr, x1, y1, x2, y2, label):
    cv2.rectangle(bgr, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 1, 1)
    cv2.rectangle(bgr, (int(x1), int(y1-25)), (x2, y1), (255,255,255), -1)
    cv2.putText(bgr, label, (x1, int(y1-5)), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.7, (0,0,0), 1)

detector = dlib.get_frontal_face_detector()
predictor = dlib.shape_predictor('python_examples/shape_predictor_68_face_landmarks.dat')


v = cv2.VideoCapture("./python_examples/sample1.mp4")
while(v.isOpened()):
    r, f = v.read()
    if ( r == False ):
        break
    mono = cv2.cvtColor(f, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    rects = detector(mono, 1)
    for (i, rect) in enumerate(rects):
        shape = predictor(mono, rect)
        shape = face_utils.shape_to_np(shape)
        (x, y, w, h) = face_utils.rect_to_bb(rect)
        box_label(f, x, y, x + w, y + h, str(i))
        j = 0
        for (x, y) in shape:
            j = j + 1
            if ( j > 36 and j < 49):
                cv2.putText(f, str(j), (x, y - 6), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 1)
                cv2.circle(f, (x, y), 2, (0, 255, 0), -1)
    cv2.imshow("", f)
    # Press Q to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

v.release()
cv2.destroyAllWindows()

* 止めたいとき，右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，「q」のキーを押して閉じる

ビデオカメラで行ってみる

今度は、USB接続できるビデオカメラを準備し，パソコンに接続しておく．

「v = cv2.VideoCapture(0)」のように設定している．他は前のプログラムと同じ

import numpy as np
import dlib
import cv2
import imutils
from imutils import face_utils

def box_label(bgr, x1, y1, x2, y2, label):
    cv2.rectangle(bgr, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 1, 1)
    cv2.rectangle(bgr, (int(x1), int(y1-25)), (x2, y1), (255,255,255), -1)
    cv2.putText(bgr, label, (x1, int(y1-5)), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.7, (0,0,0), 1)

detector = dlib.get_frontal_face_detector()
predictor = dlib.shape_predictor('python_examples/shape_predictor_68_face_landmarks.dat')


v = cv2.VideoCapture(0)
while(v.isOpened()):
    r, f = v.read()
    if ( r == False ):
        break
    mono = cv2.cvtColor(f, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    rects = detector(mono, 1)
    for (i, rect) in enumerate(rects):
        shape = predictor(mono, rect)
        shape = face_utils.shape_to_np(shape)
        (x, y, w, h) = face_utils.rect_to_bb(rect)
        box_label(f, x, y, x + w, y + h, str(i))
        j = 0
        for (x, y) in shape:
            j = j + 1
            if ( j > 36 and j < 49):
                cv2.putText(f, str(j), (x, y - 6), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 1)
                cv2.circle(f, (x, y), 2, (0, 255, 0), -1)
    cv2.imshow("", f)
    # Press Q to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

v.release()
cv2.destroyAllWindows()

* 止めたいとき，右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，「q」のキーを押して閉じる