模塊化實(shí)時(shí)人臉檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、人臉檢測技術(shù)經(jīng)過30多年的發(fā)展，在算法上已經(jīng)取得了許多成果。伴隨著算法的進(jìn)步和人臉檢測應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，面向各種應(yīng)用的人臉檢測系統(tǒng)架構(gòu)也隨之出現(xiàn)。然而縱觀這些系統(tǒng)架構(gòu)，它們幾乎都是一體化、專用化、核心處理單元高性能和高價(jià)格化，這無疑限制了人臉檢測技術(shù)和相應(yīng)產(chǎn)品的發(fā)展。
　　模塊化作為一種有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，已經(jīng)成功的讓PC機(jī)進(jìn)入了幾乎全球的每一個(gè)家庭，并正在推動著機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)入一場新的革命。人臉檢測作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)的一個(gè)重要組

2、成部分，其模塊化的設(shè)計(jì)不僅有助于機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展，而且能夠推動人臉檢測系統(tǒng)架構(gòu)擺脫上述缺點(diǎn)，并獲得新的發(fā)展。
　　鑒于以上原因，本文從模塊化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一個(gè)具備模塊化特點(diǎn)的人臉檢測系統(tǒng)，并將整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊:第一個(gè)模塊——模塊化人臉檢測輔助裝置和第二個(gè)模塊——目標(biāo)系統(tǒng)，并圍繞這兩個(gè)模塊做了以下工作:
　　(1)選擇USB總線作為模塊化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)接口，讓所設(shè)計(jì)的兩個(gè)模塊可以通過USB接口組合實(shí)現(xiàn)人臉檢測。并選

3、擇USB接口芯片Cy7c68013A實(shí)現(xiàn)USB通信協(xié)議。
　　(2)根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，并且第一個(gè)模塊的核心處理單元為FPGA，而第二個(gè)模塊的核心處理單元為通用CPU，提出采用分層的、由粗到精、由局部到整體的多種算法融合的人臉檢測方法。先在FPGA中實(shí)現(xiàn)容易并行操作和計(jì)算公式相對簡單的第一層人臉檢測算法——基于膚色和人眼灰度變化的人臉檢測，用來快速確定輸入圖像中是否有人臉和人臉的位置。然后基于第一層算法的檢測結(jié)果，在通用CP

4、U中實(shí)現(xiàn)計(jì)算公式相對復(fù)雜，檢測精確度更好的第二層人臉檢測算法——基于主成分分析(PCA)和支持向量機(jī)(SVM)的人臉檢測，以進(jìn)一步確定第一層算法的檢測結(jié)果。
　　(3)依據(jù)USB協(xié)議對功能設(shè)備和主設(shè)備的劃分，結(jié)合FPGA在數(shù)字接口設(shè)計(jì)和并行處理能力上的優(yōu)勢，將以FPGA為核心處理單元的第一個(gè)模塊視作USB功能設(shè)備，在FPGA上實(shí)現(xiàn)CMOS數(shù)字圖像采集、SDRAM圖像幀緩存、與USB接口芯片的通信和(2)中所述的第一層人臉檢測，從而

5、使得第一個(gè)模塊成為一個(gè)具備USB即插即用特點(diǎn)的人臉檢測輔助裝置。此外，考慮開發(fā)周期，在通用PC上實(shí)現(xiàn)了第二模塊，并以它作為USB主設(shè)備，完成了Cy7c68013A的通用驅(qū)動程序的配置和應(yīng)用程序的開發(fā)。其中應(yīng)用程序主要是讀取第一個(gè)模塊通過USB接口芯片上傳的圖像數(shù)據(jù)、人臉確認(rèn)信號和人臉坐標(biāo)信號，并根據(jù)人臉確認(rèn)信號判斷是否進(jìn)一步執(zhí)行(2)中所述第二層人臉檢測。
　　(4)測試了整個(gè)人臉檢測系統(tǒng)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的檢測到人臉。因