李震

（廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院 廣東省廣州市 510520）

1 引言

隨著健康生活觀念的日漸深入人心，人們對(duì)皮膚健康需求越來(lái)越高，特別是臉部皮膚的對(duì)于個(gè)人形象有至關(guān)重要的地位。但是人們比較缺乏對(duì)自己皮膚健康程度的量化認(rèn)知，對(duì)皮膚每天的變化確認(rèn)精確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)操作簡(jiǎn)單的人體皮膚健康度檢測(cè)系統(tǒng)，有助于讓用戶了解自己皮膚的健康程度，進(jìn)而有針對(duì)性的進(jìn)行皮膚護(hù)理操作，情況嚴(yán)重的可以提示用戶進(jìn)一步到醫(yī)院進(jìn)行針對(duì)性的治療。[1]

2 主要開(kāi)發(fā)技術(shù)

Python 是一種跨平臺(tái)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。是一個(gè)高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言。其具有開(kāi)源、跨平臺(tái)等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理速度快、功能強(qiáng)大且易快速搭建開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有海量擴(kuò)展模塊，方便開(kāi)發(fā)者快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用。[2]

OpenCV 是一個(gè)基于BSD 許可（開(kāi)源）發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)軟件庫(kù)，可以運(yùn)行在Linux、Windows、Android 和Mac OS 操作系統(tǒng)上。它用C++語(yǔ)言編寫，它具有C ++，Python，Java 和MATLAB 接口，并支持Windows，Linux，Android 和Mac OS，OpenCV 主要傾向于實(shí)時(shí)視覺(jué)應(yīng)用，具有強(qiáng)大的圖形圖像處理功能。[3]

dlib 是一個(gè)用C++編寫的，已經(jīng)封裝好API 接口的第三方庫(kù)，導(dǎo)入Python 程序后，可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和圖形圖像處理的功能強(qiáng)大第三方庫(kù)。在人體皮膚健康度檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，主要完成圖片的人臉部分的識(shí)別和定位，給出Rect 數(shù)據(jù)，方便功能函數(shù)的后續(xù)處理。[4]

Qt 也是由C++編寫開(kāi)發(fā)的圖形庫(kù)，是完全面向?qū)ο蟮耐暾缙脚_(tái)軟件開(kāi)發(fā)框架，其相比MFC 有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是命名方面保持了和功能的一致性，提高調(diào)用方式的連貫性和邏輯性，大大提高了開(kāi)發(fā)的便利性和穩(wěn)定性。[5]

PyCharm 是由JetBrains 打造的一款Python IDE 開(kāi)發(fā)編輯軟件。具備完整IDE 的功能，比如，調(diào)試、語(yǔ)法高亮、Project 管理、代碼跳轉(zhuǎn)、智能提示、自動(dòng)完成、單元測(cè)試、版本控制等，同時(shí)JetBrains 還友好的提供了免費(fèi)的community 版本。利用強(qiáng)大的Pycharm 構(gòu)建Python IDE 開(kāi)發(fā)環(huán)境，擴(kuò)展人臉識(shí)別庫(kù)dlib 和界面UI 庫(kù)Qt，融入自行開(kāi)發(fā)的皮膚健康度評(píng)分算法，實(shí)現(xiàn)了人體皮膚健康度檢測(cè)系統(tǒng)。[6]

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為了降低開(kāi)發(fā)難度，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為單機(jī)版的應(yīng)用程序，由于Python 的跨平臺(tái)屬性，開(kāi)發(fā)出的程序可以分別打包成適合windows、linux 和ios 甚至安卓平臺(tái)的可執(zhí)行文件，使得系統(tǒng)即使為單機(jī)版也具有較好的通用性。

3.1 功能分析

考慮到現(xiàn)代女性對(duì)健康和美的追求，人體皮膚健康度檢測(cè)系統(tǒng)包含皮膚評(píng)價(jià)功能，美白功能，磨皮功能，亮眼功能，紅唇功能。

皮膚評(píng)價(jià)功能是根據(jù)皮膚的膚色狀況，亮度和瑕疵等情況，進(jìn)行綜合評(píng)分，得到臉部的健康水平。

圖1：程序的整體結(jié)構(gòu)圖

圖2：MainWindow 界面的布局結(jié)構(gòu)

圖3：項(xiàng)目解釋器第三方包的版本配置

美白功能，是讓用戶設(shè)置合適參數(shù)，可以看到自己不同美白程度下的臉部效果，讓用戶自行增強(qiáng)美白參數(shù)，來(lái)比較自己美白后與美白前的顏值差別。

磨皮功能，可以提高臉部皮膚的光澤層度，適當(dāng)降低臉部的痣和雀斑等瑕疵對(duì)臉部的美觀影響。

亮眼功能，是提高眼部的對(duì)比度和亮度，讓眼部看起來(lái)更有神采，提高用戶臉部的整體美顏效果。

圖4：臉部皮膚健康度檢測(cè)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)效果

紅唇功能，是提高用戶唇部的色彩飽和度，讓唇部看起來(lái)更加飽滿和性感。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

每一個(gè)功能都設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的槽函數(shù)來(lái)完成對(duì)應(yīng)任務(wù)，程序的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 界面結(jié)構(gòu)

界面主要由一個(gè)MainWindow 組成，利用PyCharm 的Qt Designer 工具生成了UI 界面的代碼，儲(chǔ)存在了FaceBeautyGUI.py 文件中，界面結(jié)構(gòu)生成了一個(gè)水平布局管理器verticalLayout，在Mainwindow 右側(cè)嵌套了一個(gè)8 行3 列的網(wǎng)格布局管理器gridLayout，完成了界面的構(gòu)建，如圖2所示。

4.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境配置

系統(tǒng)使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境是PyCharm 2020.1，安裝了PyQt5 和dlib，OpenCV 等第三方庫(kù)，具體版本配置情況如圖3。

4.3 具體實(shí)現(xiàn)

4.3.1 文件輸入輸出

打開(kāi)文件的實(shí)現(xiàn)利用了QT5 自帶的QFileDialog.getOpenFileName 函數(shù)來(lái)獲得有效文件路徑。簡(jiǎn)要實(shí)現(xiàn)代碼如下：

4.3.2 圖像處理

臉部皮膚圖像的處理主要包含四個(gè)功能：美白、磨皮、亮眼和紅唇。這里實(shí)現(xiàn)的代碼比較多，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上，設(shè)計(jì)了四個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)功能，分別為whiten，smooth，sharpen，brighten。

4.3.3 皮膚評(píng)價(jià)

對(duì)皮膚的健康度評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)了skin_evaluation 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)皮膚的評(píng)價(jià)，主要采用了基于HSV 顏色空間H,S,V 范圍篩選法，據(jù)資料顯示，正常黃種人的H 分量大約在7 至20 之間，S 分量大約在28 至256 之間，V 分量大約在50 至256 之間。根據(jù)識(shí)別到的健康皮膚區(qū)域占全部皮膚區(qū)域的權(quán)重比值，得到最終的皮膚健康度評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。[7]

4.3.4 圖像顯示

將處理好的圖像數(shù)據(jù)顯示在MainWindow 上，首先涉及到了圖片格式的轉(zhuǎn)換，代碼如下：

中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)額功能上，由于在對(duì)圖片的操作上，會(huì)產(chǎn)生撤銷上一步的操作，這里設(shè)計(jì)了self.temp_bgr[:]來(lái)保存中間數(shù)據(jù)，self.im_ori[:]來(lái)保存原始圖片數(shù)據(jù)，可以完成撤銷和恢復(fù)圖片等操作。

最后使用Label 控件，調(diào)用Label.setPixmap()函數(shù)完成圖像的顯示。最終，程序?qū)崿F(xiàn)效果如圖4。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一個(gè)基于Python的臉部皮膚健康度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，所設(shè)計(jì)的程序簡(jiǎn)單易用，具有多平臺(tái)通用特性，通過(guò)簡(jiǎn)單的移植也能適配到對(duì)應(yīng)型號(hào)的手機(jī)移動(dòng)平臺(tái)上。通過(guò)對(duì)自己臉部拍照，使用該程序檢測(cè)，用戶可以簡(jiǎn)單直觀的得到自己臉部皮膚的基本健康狀況，并輔助判斷是否需要就醫(yī)，提高用戶對(duì)自己臉部皮膚的健康程度掌握情況，緩解愛(ài)美人士對(duì)自身無(wú)謂的焦慮情況，具有較好的推廣應(yīng)用前景。后期，可以增加個(gè)人健康數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)每天記錄用戶的皮膚健康圖片分析數(shù)據(jù)，繪制用戶的臉部皮膚健康曲線，獲得更大的應(yīng)用推廣價(jià)值。