專利名稱：基于dsp的嵌入式人臉自動檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種從視頻流中自動進行人臉檢測(Face Detect)的專用嵌入式系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人臉自動檢測技術(shù)屬于生物特征識別技術(shù)(Biometrics)的最新發(fā)展之一，雖然目前國內(nèi)外從事這一方面研究的機構(gòu)或個人為數(shù)甚多，但根據(jù)公開的文獻資料來看已有產(chǎn)品卻很少。在本發(fā)明提出以前，已有的人臉自動檢測產(chǎn)品都是基于PC+Windows9x/2000/NT(或是Unix、Linux)等通用軟硬件平臺來實現(xiàn)的。這一類型的產(chǎn)品具有成本高、穩(wěn)定性低、難于維護等缺點，難于進行實際的推廣。
以成都銀晨網(wǎng)訊科技有限公司生產(chǎn)的IV型門禁產(chǎn)品來說，該產(chǎn)品集成了人臉識別技術(shù)與指紋識別技術(shù)，在系統(tǒng)可用性、穩(wěn)定性方面與該公司前幾型產(chǎn)品相比均有明顯提高。與前幾型產(chǎn)品相一致的是，IV型產(chǎn)品同樣是基于通用平臺PC/Windows98(NT/2000)實現(xiàn)，眾所周知，Windows系列產(chǎn)品均存在系統(tǒng)規(guī)模過于龐大、系統(tǒng)開銷大、實時性弱、穩(wěn)定性低等缺點，因此IV型產(chǎn)品雖然有所改進但仍然無法避免系統(tǒng)平臺所固有的缺陷。從用戶的角度來看，就是該產(chǎn)品可用性、穩(wěn)定性、性價比低。
依據(jù)公開的文獻資料，國內(nèi)外有部分機構(gòu)基于DSP實現(xiàn)了指紋識別(FingerPrintRecognition)、話者識別(Speaker Recognition)、小樣本的語音識別(Speech Recognition)，并開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品。從本質(zhì)上來說，指紋識別、話者識別、語音識別雖然與人臉識別同屬于生物特征識別的范疇，但其技術(shù)原理、所采用的技術(shù)手段等均有很大的不同。人臉識別(包括人臉檢測)采用特定對象的面部特征作為鑒別依據(jù)，由于人的面部面積大、特征點很多，且易受光照、表情、姿態(tài)、飾物、化妝、距離、成像系統(tǒng)等因素的影響。為滿足用戶的識別精度、速度要求，人臉檢測/識別系統(tǒng)必須在極短的時間內(nèi)(數(shù)百毫秒～數(shù)秒)進行大量的數(shù)學(xué)運算以從原始圖像中提取出檢測/識別對象穩(wěn)定不變的特征并進行分類，這就對檢測/識別算法乃至硬件平臺的處理能力、體系結(jié)構(gòu)提出了不同于其它識別技術(shù)的高要求。因此指紋識別、話者識別、語音識別與人臉檢測/識別不屬于同一類型的產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)《一種基于DSP芯片的指紋自動識別系統(tǒng)》登載在《現(xiàn)代科學(xué)儀器》期刊1999年6期39頁上，現(xiàn)有技術(shù)《用DSP芯片實現(xiàn)的指紋識別系統(tǒng)》，登載在《計算機工程》期刊1996年9月出版的22卷第5期41頁上使用了DSP芯片，但是為指紋識別技術(shù)。使用DSP芯片進行面像識別技術(shù)未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置和方法。
隨著社會的發(fā)展，各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切。由于生物特征是人的內(nèi)在屬性，具有很強的自身穩(wěn)定性和個體差異性，因此是身份驗證的最理想依據(jù)。這其中，利用人臉特征進行身份驗證又是最自然直接的手段，與人體其它生物特征相比它具有直接、友好、方便的特點，易于為用戶所接受。人臉識別系統(tǒng)(FacialRecognition System)包括兩個主要的技術(shù)環(huán)節(jié)(見圖1)首先是人臉檢測(包括了人臉定位)，即從輸入圖像中檢測出人臉及人臉?biāo)幍奈恢?，并將人臉從背景中分割出來，然后才是對歸一化的人臉圖像進行特征提取與識別。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
見圖4，基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，包括能將人臉檢測程序固化在其內(nèi)的外部高速程序存儲器(5)，攝像機(1)或A/D轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號處理器(2)、圖像采樣邏輯模塊(3)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、控制/譯碼模塊(7)、電源模塊(8)；其中攝像機(1)或A/D轉(zhuǎn)換器(9)與圖像采樣邏輯模塊(3)通過控制線連接，圖像采樣邏輯模塊(3)、控制/譯碼模塊(7)、DSP數(shù)字信號處理器(2)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)和外部高速程序存儲器(5)通過控制總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線相互連接，電源(8)與各部分連接。
基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的檢測方法，其特征在于，人臉檢測程序由以下八個模塊組成a)視頻數(shù)據(jù)獲取；b)圖像預(yù)處理；c)多姿態(tài)重心模板人臉檢測---粗檢；d)光照補償處理；e)假臉去除---細(xì)檢；f)面部器官定位；g)圖像歸一化處理；h)數(shù)據(jù)通訊；其中c)、e)兩模塊可根據(jù)用戶設(shè)置組合在一起，d)可根據(jù)用戶設(shè)置不作處理，d)也可與b)合并進行處理，f)、g)可根據(jù)用戶設(shè)置不做處理而由上位機進行處理。
工作原理見2、圖4，基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，人臉自動檢測裝置在固化在外部高速程序存儲器(5)內(nèi)的人臉檢測程序的控制下，能通過攝像機(1)對各種場景進行模擬視頻采集，再由圖像采樣邏輯模塊(3)完成采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換；人臉檢測程序的圖像預(yù)處理模塊對進入DSP數(shù)字信號處理器(2)的數(shù)字圖像首先進行圖像預(yù)處理，主要是進行灰度化、降噪、增強、平移、旋轉(zhuǎn)等處理；再由人臉檢測程序的人臉檢測模塊依據(jù)特定人臉檢測算法進行人臉初步檢測；為避免系統(tǒng)漏檢、誤檢現(xiàn)象的發(fā)生，人臉檢測程序按一定流程進行了光照補償、假臉去除等處理；并通過灰度特征檢查、邊緣檢測等方法對人臉位置、范圍進行精確定位；在精確定位的基礎(chǔ)上再對檢測到的人臉器官進行定位；然后人臉檢測程序以兩眼虹膜中心點位置作為基準(zhǔn)點，按一定比例關(guān)系將檢測到的人臉子圖像歸一化為統(tǒng)一幾何尺寸的歸一化圖像，最后通過異步通訊口RS-232或RS-485(6)將歸一化圖像輸出到上位機，也可按要求輸出原始視頻圖像；輸入模擬視頻流，支持多種制式，如PAL、NTSC；
輸出人臉歸一化圖像、數(shù)字化圖像；本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明將人臉自動檢測技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)進行了有機的結(jié)合?？蓮膹?fù)雜的場景中自動檢測出標(biāo)準(zhǔn)化的人臉用于執(zhí)行各種身份確認(rèn)、識別操作，例如大樓/居民小區(qū)的出入口控制、大樓內(nèi)的門禁控制等等；也可應(yīng)用于只需對人臉進行檢測而不需要進行確認(rèn)、識別的應(yīng)用場合，如各種電視監(jiān)控報警系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及的人臉自動檢測裝置具有人臉檢測速度快、檢測精度高、穩(wěn)定性好、故障率低、易于維護等顯著優(yōu)點，生產(chǎn)使用成本也明顯低于已有產(chǎn)品?？梢耘c隨身電腦 POCKET PC配套使用，降低門禁系統(tǒng)成本。


圖1、本發(fā)明基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的構(gòu)成方框圖。圖2、本發(fā)明基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的處理流程框圖。圖3、本發(fā)明基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的主程序流程圖。圖4、本發(fā)明實施例1基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖5、本發(fā)明實施例2基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖6、本發(fā)明基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。
人臉檢測程序功能模塊劃分參見附錄一，人臉自動檢測裝置與上位機的通訊接口定義參見附錄二。
實施例1見圖4，基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，包括能將人臉檢測程序固化在其內(nèi)的外部高速程序存儲器(5)、攝像機(1)、DSP數(shù)字信號處理器(2)、圖像采樣邏輯模塊(3)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、控制/譯碼模塊(7)、電源模塊(8)；其中攝像機(1)與圖像采樣邏輯模塊(3)通過控制線連接，圖像采樣邏輯模塊(3)、控制/譯碼模塊(7)、DSP數(shù)字信號處理器(2)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)和外部高速程序存儲器(5)通過控制總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線相互連接，電源模塊(8)與各部分連接。
DSP數(shù)字信號處理器(2)為了實時快速地實現(xiàn)人臉圖像采集/識別，采用美國TI公司高速高性能的TMS320UVC5409系列的數(shù)字信號處理器為核心器件，它有很高的運算速度，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器。
圖像采樣邏輯模塊(3)實時快速地采集視頻數(shù)據(jù)流是本系統(tǒng)重要一環(huán)，采用了可編程邏輯器件FPGA，選用100萬門。不但使系統(tǒng)設(shè)計更為方便靈活，還大大提高了電路的集成度。
外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)為了滿足人臉自動檢測復(fù)雜的圖像計算所需的高速大容量數(shù)據(jù)存儲空間，配置了三片256K×16高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器；外部高速程序存儲器(5)一片64K×16高速程序存儲器，一片64K×16 FLASH程序存儲器。當(dāng)系統(tǒng)上電時將存儲在FLASH內(nèi)的程序加載到高速程序存儲器內(nèi)執(zhí)行，以滿足系統(tǒng)全速運行。
高速串行輸出/輸入模塊(6)采用RS232或RS485轉(zhuǎn)換器。
控制/譯碼模塊(7)采用了高速可編程邏輯器件CPLD，選用100宏單元，來完成DSP的I/O，外部存儲器的地址譯碼，換頁等功能。
實施例2見圖5，與實施例1基本相同，不同的是，不用攝象機(1)，改用A/D轉(zhuǎn)換器(9)，由視頻信號輸入，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)讲蓸舆壿嬰娐?；高速串行輸?輸入模塊(6)擴展了異步通信芯片TL16C550B來實現(xiàn)系統(tǒng)的高速串行通信；數(shù)字信號處理器(DSP)(2)采用美國TI公司高速高性能的TMS3206203系列的數(shù)字信號處理器為核心器件。
實施例3基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，人臉檢測程序除使用了DSP數(shù)字信號處理器(2)芯片的片內(nèi)RAM、ROM，還根據(jù)實際需要使用了多塊外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)，在外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)中人臉檢測程序設(shè)置了全局變量存儲區(qū)、公共數(shù)據(jù)交換區(qū)以及臨時局部變量存儲區(qū)--堆、棧。
高速串行輸出/輸入模塊(7)采用RS-232或RS-485兩種硬件接口，為與上位機的通訊接口。其余與實施例1相同。
用戶可通過上位機對人臉檢測專用嵌入式系統(tǒng)進行狀態(tài)檢測、功能設(shè)置以及發(fā)送人臉圖像數(shù)據(jù)采集請求，人臉檢測專用嵌入式系統(tǒng)可接收上位機發(fā)送過來的各種數(shù)據(jù)幀、命令幀并根據(jù)上位機要求回送人臉圖像數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)、進行狀態(tài)反饋。人臉檢測專用嵌入式系統(tǒng)與上位機可組成各種人臉/檢測識別應(yīng)用系統(tǒng)，如數(shù)字電視監(jiān)控報警系統(tǒng)、人臉識別門禁系統(tǒng)等。人臉檢測專用嵌入式系統(tǒng)與上位機可通過RS-485總線實現(xiàn)多對一的系統(tǒng)配置，即一臺上位機可帶多套人臉檢測專用嵌入式系統(tǒng)。上位機可以是PC、小型機、圖形工作站，也可以是Pocket PC。
見圖2，基于DSP的嵌入式人臉自動檢測方法，其特征在于，通過攝像頭捕獲人臉頭像，將頭像處理后存儲在FLASH RAM存貯器中作為原始圖像，包括下面順序步驟，按照下述方法編制軟件程序(1)、視頻數(shù)據(jù)獲取處理響應(yīng)上位機數(shù)據(jù)請求，上位機數(shù)據(jù)請求、原始視頻流處理后獲取單幀的原始灰度圖像，圖像規(guī)格為320*240，像素為8位，輸出原始灰度圖像；(2)、圖像預(yù)處理將輸入的原始灰度圖像預(yù)處理，包括以下步驟旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮、剪裁圖像，Mosaic化圖像，提取Mosaic橫邊，計算重心點，輸出重心圖像；(3)、多姿態(tài)重心模板人臉檢測--粗檢將輸入的重心圖像，運用多種人臉重心模板對圖像預(yù)處理階段得到的重心圖像進行匹配操作，以得到初步的人臉信息，輸出初步的人臉信息數(shù)量、位置、大小參數(shù)；(4)、光照補償處理將輸入的末經(jīng)光照補償?shù)膱D像處理，主要是運用Grey變換、Log變換、Exp變換、直方圖均衡化、LogAbout變換等系列方法或方法組合對圖像進行光照補償處理，以盡量消除不良光照條件，如高、低、側(cè)光的影響，輸出光照補償完畢的圖像；(5)、假臉去除，細(xì)檢將輸入的粗檢得到的初步人臉信息處理，利用人臉特征的某些先驗知識，運用灰度特征檢測、邊緣特征檢測方法排除假臉，輸出精確的人臉信息；(6)、面部器官定位--定位眼睛中心點坐標(biāo)
將輸入精確的人臉信息處理，利用人臉器官的某些先驗知識，運用灰度投影方法得出器官區(qū)域位置，再進而確定其中心點位置，輸出眼睛位置參數(shù)；(7)、圖像歸一化處理將輸入的原始圖像、人臉相關(guān)參數(shù)，圖像規(guī)格要求處理，運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用人臉的相關(guān)參數(shù)，對原始圖像進行相應(yīng)變換處理后，得到上位機所要求規(guī)格大小、灰度統(tǒng)一的圖像，輸出歸一化圖像、眼睛位置參數(shù)；(8)、數(shù)據(jù)通訊將輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收中斷請求處理，以中斷方式實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸及狀態(tài)反饋，輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)幀。實施例4見圖6，本發(fā)明基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖?；贒SP的嵌入式人臉自動檢測裝置(14)連接通訊端口控制器(12)，隨身電腦POCKET PC(11)通過RS232接口連接通訊端口控制器(12)，門鎖控制器(13)和后臺備份管理PC機(15)分別與通訊端口控制器(12)連接。由基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置(14)輸出人臉信息由隨身電腦POCKET PC(11)處理后，向門鎖控制器13發(fā)出開門的信號，從而完成人臉自動檢測和門禁功能。
附錄一基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置的功能模塊定義1、視頻數(shù)據(jù)獲取；處理響應(yīng)上位機數(shù)據(jù)請求，獲取單幀的原始灰度圖像。
輸入上位機數(shù)據(jù)請求、原始視頻流；輸出原始灰度圖像；2、圖像預(yù)處理；預(yù)處理包括以下步驟旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮、剪裁圖像，Mosaic化圖像，提取Mosaic橫邊，計算重心點。
輸入原始灰度圖像；輸出重心圖像。
3、多姿態(tài)重心模板人臉檢測(粗檢)；處理運用多種人臉重心模板對圖像預(yù)處理階段得到的重心圖像進行匹配操作，以得到初步的人臉信息。輸入重心圖像；輸出初步的人臉信息(數(shù)量、位置、大小參數(shù))。4、光照補償處理；處理主要是運用Grey變換、Log變換、Exp變換、直方圖均衡化、LogAbout變換等系列方法或方法組合對圖像進行光照補償處理，以盡量消除不良光照條件(高、低、側(cè)光)的影響。輸入未經(jīng)光照補償?shù)膱D像；輸出光照補償完畢的圖像。5、假臉去除(細(xì)檢)；處理利用人臉特征的某些先驗知識，運用灰度特征檢測、邊緣特征檢測方法排除假臉。輸入粗檢得到的初步人臉信息；輸出精確的人臉信息。6、面部器官定位；處理利用人臉器官的某些先驗知識，運用灰度投影方法得出器官區(qū)域位置，再進而確定其中心點位置。輸入精確的人臉信息；輸出面部器官位置參數(shù)。7、圖像歸一化處理處理運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用人臉的相關(guān)參數(shù)，對原始圖像進行相應(yīng)變換處理后得到上位機所要求規(guī)格(大小、灰度統(tǒng)一)的圖像。輸入原始圖像，人臉相關(guān)參數(shù)，圖像規(guī)格要求；輸出歸一化圖像、器官位置參數(shù)。8、數(shù)據(jù)通訊處理以中斷方式實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸及狀態(tài)反饋。輸入數(shù)據(jù)發(fā)送、接收中斷請求；輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)幀(詳見附錄二《基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置通訊接口及通訊規(guī)程定義》)。附錄二基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置通訊接口及通訊規(guī)程定義一、接口類型及相關(guān)參數(shù)設(shè)置接口類型RS-232C(RS-485)；接口速率115200baud rate(RS-232C，為暫定系統(tǒng)初始值)數(shù) 據(jù) 位8位奇偶校驗有(偶校驗)停 止 位1位性能分析理想情況下1s可傳輸11520個字節(jié)。二、上位機(Pocket PC)與基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置(DSP前端)特別說明由于存在以下幾方面的原因?qū)е律衔粰C與DSP前端的通訊失敗1)RS-232C通訊線路異常，數(shù)據(jù)無法傳送；2)DSP前端未加電；3)DSP前端系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法正常工作，對上位機請求不能作出響應(yīng)；因此在上位機發(fā)出數(shù)據(jù)請求(或延時設(shè)置命令以后)即進行計時，系統(tǒng)暫時約定在2000ms內(nèi)若上位機沒有接收到DSP前端的響應(yīng)，上位機即報錯，提示用戶DSP前端狀態(tài)未知需要對DSP前端、通訊鏈路進行檢測。
1、系統(tǒng)通訊鏈路自檢(握手信號)數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+測試數(shù)據(jù)(10字節(jié))說明1)地址碼取值范圍為0~225(對應(yīng)多個DSP前端)，缺省為00；2)系統(tǒng)加電自檢時使用該數(shù)據(jù)幀3)數(shù)據(jù)幀類型的取值范圍為1、2、3、4、5、6、7，其中7為保留類型；4)數(shù)據(jù)幀類型取值為1；5)測試數(shù)據(jù)為10字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)，可定為5、4、3、2、1、0、9、8、7、6；6)于RS-232C通訊鏈路容易受到各種因素的干擾，因此在系統(tǒng)實現(xiàn)時為避免數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問題，準(zhǔn)備采取以下實現(xiàn)策略上位機將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給DSP前端，DSP前端接收后即回傳給上位機。若上位機確認(rèn)無誤，則由上位機發(fā)送給DSP前端狀態(tài)信息取值為3的狀態(tài)反饋幀；否則延時300ms(在通訊鏈路正常的前提下，傳輸數(shù)據(jù)所需時間遠低于此值)以上，通訊雙方同時將通訊速率降低一個等級(按115200-＞57600-＞38400-＞19200-＞14400-＞9600-＞7200-＞4800-＞2400的順序遞減)再重復(fù)上述發(fā)送、回傳、驗證過程，若重復(fù)多次已降至最低尚無法正確傳送該數(shù)據(jù)幀，則終止該數(shù)據(jù)幀的傳送過程，并由上位機提示通訊鏈路數(shù)據(jù)傳輸異常。數(shù)據(jù)流向DSP前端<——>上位機2、DSP前端圖像采集處理超時設(shè)置數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+處理延時(1字節(jié))說明1)地址碼取值范圍為0~225(對應(yīng)多個DSP前端)，缺省為00；2)DSP處理延時以ms為計算單位，取值范圍為50~1000ms，缺省為300ms；3)數(shù)據(jù)幀類型取值為2。
4)系統(tǒng)自檢完畢后使用該數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)流向上位機——>DSP前端3、上位機人臉圖像采集請求數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+操作碼(1字節(jié))+壓縮標(biāo)志碼(1字節(jié))說明1)地址碼取值范圍為0~225(對應(yīng)多個DSP前端)，缺省為00；2)操作碼取值為0、1、2、3。其中0表示要求DSP前端進行自檢后返回狀態(tài)信息但不要求輸出歸一化圖像，1表示要求DSP前端輸出的歸一化圖像為80×100像素灰度圖像，2表示要求DSP前端輸出的歸一化圖像為100×125像素灰度圖像，3保留用作系統(tǒng)擴充接口；3)據(jù)幀類型取值為3；4)標(biāo)志碼取值為0、1。0表示取非壓縮數(shù)據(jù)，1表示取壓縮數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)缺省值為0。數(shù)據(jù)流向上位機——>DSP前端4、狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+狀態(tài)信息(1字節(jié))說明1)地址碼取值范圍為0~225(對應(yīng)多個DSP前端)，缺省為00；
2)狀態(tài)信息取值為0、1、2、3。其中0表示DSP前端系統(tǒng)自檢異常(無法正常采集圖像)，1表示DSP前端系統(tǒng)自檢正常；2表示DSP前端圖像采集處理過程超時，3表示狀態(tài)正常(可由上位機發(fā)送給DSP前端，也可由DSP前端發(fā)送給上位機)；3)數(shù)據(jù)幀類型取值為4；4)上位機也可向DSP前端發(fā)送狀態(tài)信息取值為3的狀態(tài)反饋幀。數(shù)據(jù)流向DSP前端<——>上位機5、DSP前端圖像關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+歸一化灰度圖像width(1字節(jié))+歸一化灰度圖像height(1字節(jié))+左眼x坐標(biāo)(1字節(jié))+左眼y坐標(biāo)(1字節(jié))+右眼x坐標(biāo)(1字節(jié))+右眼y坐標(biāo)(1字節(jié))說明1)地址碼意義、取值同1；2)width、height及眼睛位置參數(shù)均以像素點為基本單位。
3)數(shù)據(jù)幀類型取值為4。數(shù)據(jù)流向DSP前端<——>上位機建議由于這些參數(shù)為歸一化灰度圖像的關(guān)鍵性描述參數(shù)，因此在系統(tǒng)實現(xiàn)時為避免數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問題，準(zhǔn)備采取以下實現(xiàn)策略DSP前端將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給上位機，上位機接收后即回傳給DSP前端。若DSP前端確認(rèn)無誤，則由DSP前端發(fā)送給上位機狀態(tài)信息取值為3的DSP前端狀態(tài)反饋幀；否則重復(fù)上述發(fā)送、回傳、驗證過程，若重復(fù)2次尚無法正確傳送該數(shù)據(jù)幀，則終止該數(shù)據(jù)幀的傳送過程，并由上位機提示數(shù)據(jù)傳輸異常。6、DSP前端歸一化灰度圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀格式地址碼(1字節(jié))+數(shù)據(jù)幀類型(1字節(jié))+標(biāo)志字節(jié)1(1字節(jié))+標(biāo)志字節(jié)2+后續(xù)數(shù)據(jù)長度(1字節(jié))+灰度圖像數(shù)據(jù)(n個字節(jié))說明1)地址碼意義、取值同1；2)標(biāo)志字節(jié)1表示對應(yīng)的一幅歸一化圖像拆分的總幀數(shù)；3)標(biāo)志字節(jié)2表示本數(shù)據(jù)幀是對應(yīng)的一幅歸一化圖像的第幾幀；4)后續(xù)數(shù)據(jù)長度的取值表示自該字節(jié)的后續(xù)多少個字節(jié)為有效的灰度圖像數(shù)據(jù)；5)灰度圖像數(shù)據(jù)長度建議不超過256個字節(jié)(數(shù)據(jù)長度不宜過長)；6)數(shù)據(jù)幀類型取值為6。數(shù)據(jù)流向DSP前端——>上位機
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，包括能將人臉檢測程序固化在其內(nèi)的外部高速程序存儲器(5)，攝像機(1)或A/D轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號處理器(2)、圖像采樣邏輯模塊(3)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、控制/譯碼模塊(7)、電源模塊(8)組成；其中攝像機(1)或A/D轉(zhuǎn)換器(9)與圖像采樣邏輯模塊(3)通過控制線連接，圖像采樣邏輯模塊(3)、控制/譯碼模塊(7)、DSP數(shù)字信號處理器(2)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、多個外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)、外部高速程序存儲器(5)、通過控制總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線相互連接，電源(8)與各部分連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DSP的嵌入式人臉自動檢測方法，其特征在于，人臉檢測程序由以下八個模塊組成i)視頻數(shù)據(jù)獲??；j)圖像預(yù)處理；k)多姿態(tài)重心模板人臉檢測---粗檢；l)光照補償處理；m)假臉去除---細(xì)檢；n)面部器官定位；o)圖像歸一化處理；p)數(shù)據(jù)通訊；其中c)、e)兩模塊可根據(jù)用戶設(shè)置組合在一起，d)可根據(jù)用戶設(shè)置不作處理，d)也可與b)合并進行處理，f)、g)可根據(jù)用戶設(shè)置不做處理而由上位機進行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，人臉檢測程序除使用了DSP數(shù)字信號處理器(2)芯片的片內(nèi)RAM、ROM，還根據(jù)實際需要使用了多塊外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)，在外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)中人臉檢測程序設(shè)置了全局變量存儲區(qū)、公共數(shù)據(jù)交換區(qū)以及臨時局部變量存儲區(qū)--堆、棧。DSP數(shù)字信號處理器(2)芯片采用型號為TMS320UVC5409或TMS3206203系列的數(shù)字信號處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，高速串行輸出/輸入模塊(7)采用RS-232或RS-485兩種硬件接口，為與上位機的通訊接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于，人臉自動檢測裝置在固化在外部高速程序存儲器(5)內(nèi)的人臉檢測程序的控制下，能通過攝像機(1)對各種場景進行模擬視頻采集，再由圖像采樣邏輯模塊(3)完成采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換；人臉檢測程序的圖像預(yù)處理模塊對進入DSP數(shù)字信號處理器(2)的數(shù)字圖像首先進行圖像預(yù)處理，主要是進行灰度化、降噪、增強、平移、旋轉(zhuǎn)等處理；再由人臉檢測程序的人臉檢測模塊依據(jù)特定人臉檢測算法進行人臉初步檢測；為避免系統(tǒng)漏檢、誤檢現(xiàn)象的發(fā)生，人臉檢測程序按一定流程進行了光照補償、假臉去除等處理；并通過灰度特征檢查、邊緣檢測等方法對人臉位置、范圍進行精確定位；在精確定位的基礎(chǔ)上再對檢測到的人臉器官進行定位；然后人臉檢測程序以兩眼虹膜中心點位置作為基準(zhǔn)點，按一定比例關(guān)系將檢測到的人臉子圖像歸一化為統(tǒng)一幾何尺寸的歸一化圖像，最后通過異步通訊口RS-232或RS-485(6)將歸一化圖像輸出到上位機，也可按要求輸出原始視頻圖像；
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于DSP的嵌入式人臉自動檢測方法，其特征在于，通過攝像頭捕獲人臉頭像，將頭像處理后存儲在FLASH RAM存貯器中作為原始圖像，包括下面順序步驟，按照下述方法的編制軟件程序(1)、視頻數(shù)據(jù)獲取處理響應(yīng)上位機數(shù)據(jù)請求，上位機數(shù)據(jù)請求、原始視頻流處理后獲取單幀的原始灰度圖像，圖像規(guī)格為320*240，像素為8位，輸出原始灰度圖像；(2)、圖像預(yù)處理將輸入的原始灰度圖像預(yù)處理，包括以下步驟旋轉(zhuǎn)、平移、伸縮、剪裁圖像，Mosaic化圖像，提取Mosaic橫邊，計算重心點，輸出重心圖像；(3)、多姿態(tài)重心模板人臉檢測--粗檢將輸入的重心圖像，運用多種人臉重心模板對圖像預(yù)處理階段得到的重心圖像進行匹配操作，以得到初步的人臉信息，輸出初步的人臉信息數(shù)量、位置、大小參數(shù)；(4)、光照補償處理將輸入的末經(jīng)光照補償?shù)膱D像處理，主要是運用Grey變換、Log變換、Exp變換、直方圖均衡化、LogAbout變換等系列方法或方法組合對圖像進行光照補償處理，以盡量消除不良光照條件，如高、低、側(cè)光的影響，輸出光照補償完畢的圖像；(5)、假臉去除，細(xì)檢將輸入的粗檢得到的初步人臉信息處理，利用人臉特征的某些先驗知識，運用灰度特征檢測、邊緣特征檢測方法排除假臉，輸出精確的人臉信息；(6)、面部器官定位--定位眼睛中心點坐標(biāo)將輸入精確的人臉信息處理，利用人臉器官的某些先驗知識，運用灰度投影方法得出器官區(qū)域位置，再進而確定其中心點位置，輸出眼睛位置參數(shù)；(7)、圖像歸一化處理將輸入的原始圖像、人臉相關(guān)參數(shù)，圖像規(guī)格要求處理，運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用人臉的相關(guān)參數(shù)，對原始圖像進行相應(yīng)變換處理后，得到上位機所要求規(guī)格大小、灰度統(tǒng)一的圖像，輸出歸一化圖像、眼睛位置參數(shù)；(8)、數(shù)據(jù)通訊將輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收中斷請求處理，以中斷方式實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)傳輸及狀態(tài)反饋，輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)幀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置，其特征在于基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置(14)連接通訊端口控制器(12)，隨身電腦POCKET PC(11)通過RS232接口連接通訊端口控制器(12)，門鎖控制器(13)和后臺備份管理PC機(15)分別與通訊端口控制器(12)連接。
全文摘要
基于DSP的嵌入式人臉自動檢測裝置和方法，本發(fā)明涉及到一種從視頻流中自動進行人臉檢測(Face Detect)的專用嵌入式系統(tǒng)。該裝置主要由人臉檢測軟件(固化在(5)內(nèi))、攝像機(1)或A/D轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號處理器(2)芯片、圖像采樣邏輯模塊(3)、外部高速靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(4)、外部高速程序存儲器(5)、高速串行輸入/輸出模塊(6)、控制/譯碼模塊(7)、電源模塊(8)組成。這種系統(tǒng)可從復(fù)雜的場景中自動檢測出標(biāo)準(zhǔn)化的人臉用于執(zhí)行各種身份確認(rèn)、識別操作，例如大樓/居民小區(qū)的出入口控制、大樓內(nèi)的門禁控制等等；也可應(yīng)用于只需對人臉進行檢測而不需要進行確認(rèn)、識別的應(yīng)用場合，如各種電視監(jiān)控報警系統(tǒng)。
文檔編號G06K9/00GK1428694SQ0113378
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月29日
發(fā)明者張青 申請人:成都銀晨網(wǎng)訊科技有限公司