模塊化實時人臉檢測系統(tǒng)的設計.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。伴隨著算法的進步和人臉檢測應用范圍的擴大，面向各種應用的人臉檢測系統(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格化，這無疑限制了人臉檢測技術(shù)和相應產(chǎn)品的發(fā)展。
　　模塊化作為一種有效的系統(tǒng)設計思想，已經(jīng)成功的讓PC機進入了幾乎全球的每一個家庭，并正在推動著機器人設計領域進入一場新的革命。人臉檢測作為機器人視覺系統(tǒng)的一個重要組

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

3、擇USB接口芯片Cy7c68013A實現(xiàn)USB通信協(xié)議。
　　(2)根據(jù)整個系統(tǒng)分為兩個模塊，并且第一個模塊的核心處理單元為FPGA，而第二個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中實現(xiàn)容易并行操作和計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中實現(xiàn)計算公式相對復雜，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(SVM)的人臉檢測，以進一步確定第一層算法的檢測結(jié)果。
　　(3)依據(jù)USB協(xié)議對功能設備和主設備的劃分，結(jié)合FPGA在數(shù)字接口設計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模塊視作USB功能設備，在FPGA上實現(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、使得第一個模塊成為一個具備USB即插即用特點的人臉檢測輔助裝置。此外，考慮開發(fā)周期，在通用PC上實現(xiàn)了第二模塊，并以它作為USB主設備，完成了Cy7c68013A的通用驅(qū)動程序的配置和應用程序的開發(fā)。其中應用程序主要是讀取第一個模塊通過USB接口芯片上傳的圖像數(shù)據(jù)、人臉確認信號和人臉坐標信號，并根據(jù)人臉確認信號判斷是否進一步執(zhí)行(2)中所述第二層人臉檢測。
　　(4)測試了整個人臉檢測系統(tǒng)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r的檢測到人臉。因