基于嵌入式的人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

程光

摘 要：隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，利用人體的生物特征來(lái)甄別個(gè)人身份的這種生物識(shí)別技術(shù)，逐漸成為了安全認(rèn)證的首選方式。生物特征識(shí)別技術(shù)能夠把計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)、聲學(xué)以及生物傳感器等高新技術(shù)結(jié)合在一起，應(yīng)用人體具備的生理特征來(lái)驗(yàn)證個(gè)人身份。人臉識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別領(lǐng)域當(dāng)中的重要一部分。本文主要分析了基于嵌入式人臉識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：嵌入式；人臉識(shí)別；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

身份認(rèn)證我們每天都在經(jīng)歷，例如說(shuō)當(dāng)我們登錄自己的電腦時(shí)，需要輸入自己的用戶名和用戶密碼來(lái)證明身份，當(dāng)我們需要去銀行取錢(qián)時(shí)，也需要輸入自己的密碼來(lái)證明銀行卡是本人使用。甚至當(dāng)我們拿起手機(jī)都需要登錄開(kāi)鎖密碼來(lái)證明本人身份。一般傳統(tǒng)的認(rèn)證方式都是用戶名和密碼，但是這種認(rèn)證形式很容易讓人冒充，因此人臉識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了行業(yè)中相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)空白。

一、人臉圖像的提取和識(shí)別

一般人臉識(shí)別過(guò)程分為兩個(gè)階段，人臉檢測(cè)定位階段和人臉特征提取階段。這兩個(gè)不同的階段擁有很強(qiáng)的技術(shù)獨(dú)立性。相對(duì)來(lái)說(shuō)人臉的檢測(cè)和定位階段比較簡(jiǎn)單，需要深入研究的是人臉特征提取階段。在特征提取過(guò)程中需要根據(jù)不同人體的臉表特征，選擇不同的提取方式。

1.幾何特征提取方式

幾何特征提取方式比較常見(jiàn)，是根據(jù)人臉具備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾何關(guān)系，基于結(jié)構(gòu)方法提取出人臉面部體現(xiàn)出來(lái)的主要器官特點(diǎn)，然后利用這些特點(diǎn)形成幾何特征矢量，通過(guò)判斷特征適量的匹配程度來(lái)確定出身份。

2.代數(shù)特征提取方式

代數(shù)特征提取方式是把人的面部當(dāng)成為二維的灰度變化模板，應(yīng)用一系列標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技巧，以及相關(guān)的代數(shù)變換，鋪?zhàn)降饺四樀奶卣鳎@種代數(shù)特征方法運(yùn)算起來(lái)比較復(fù)雜。

3.連接機(jī)制提取方法

這種連接機(jī)制提取方法是通過(guò)把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和彈性圖匹配方法相結(jié)合，利用人臉變形具有不變性的距離特點(diǎn)，把這種產(chǎn)生的不變形距離定義在三維空間當(dāng)中，然后利用屬性拓?fù)鋱D來(lái)表示人臉，把人臉的定點(diǎn)位置附近信息記錄下來(lái)，形成彈性圖匹配形式。

二、人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究

嵌入式臉部識(shí)別系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是針對(duì)性比較強(qiáng)，這也是嵌入式臉部識(shí)別系統(tǒng)跟其他普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在的不同之處。人臉的檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)主要是軟件設(shè)施和硬件設(shè)施組合構(gòu)成，這兩部分缺一不可。硬件系統(tǒng)負(fù)責(zé)搭建和構(gòu)造出一個(gè)物理平臺(tái)，而軟件系統(tǒng)則需要在平臺(tái)的運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行人臉部的識(shí)別檢測(cè)計(jì)算。

1.人臉識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿足人臉識(shí)別的功能需求，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程匯總負(fù)責(zé)進(jìn)行圖像的采集工作、圖像存儲(chǔ)工作、圖像識(shí)別工作、信息數(shù)據(jù)傳輸工作、人機(jī)接口設(shè)置以及系統(tǒng)維護(hù)工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要根據(jù)用戶需求慎重的選擇相關(guān)系統(tǒng)硬件。如下圖：

根據(jù)系統(tǒng)功能性需求硬件平臺(tái)中的攝像機(jī)要從攝像頭當(dāng)中輸出模擬信號(hào)，USB總線負(fù)責(zé)接入嵌入式處理器當(dāng)中，核心處理芯片負(fù)責(zé)進(jìn)行初始化的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理，LCD觸摸屏則實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。ARM9處理器通過(guò)獲取的指令來(lái)控制系統(tǒng)操作。

2.處理器的選擇

ARM處理器是一種RISC微處理器開(kāi)發(fā)技術(shù)，目前在很多手持設(shè)備以及多媒體技術(shù)方面，ARM技術(shù)已經(jīng)成為了嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)選擇。ARM處理器的應(yīng)用應(yīng)用范圍包含有工業(yè)控制領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、無(wú)線通訊領(lǐng)域以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域等，在3G發(fā)展領(lǐng)域比較突出的就是在3G手機(jī)上的應(yīng)用。

3.攝像頭的選擇

在人臉識(shí)別系統(tǒng)搭建過(guò)程中必不可少的設(shè)備就是攝像頭，攝像頭能夠在系統(tǒng)的最前端，進(jìn)行圖像視頻的采集工作。目前市場(chǎng)上具備的圖像采集攝像頭裝置種類(lèi)比較多。在選擇過(guò)程中盡可能的選擇體積小、便于近距離圖像捕獲以及成像十分清晰的攝像頭品牌。

4.搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境

嵌入式系統(tǒng)資源受限，因此想要在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)軟件程序有一定困難，因此首先可以在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上編寫(xiě)系統(tǒng)程序，把程序通過(guò)交叉編譯滯后從而產(chǎn)生二進(jìn)制代碼，把這些代碼在嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行使用，下載到平臺(tái)的特定位置上。這就是交叉平臺(tái)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，這也是嵌入式技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要特點(diǎn)。

5.系統(tǒng)流程

人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別過(guò)程中需要涉及到大量的計(jì)算，需要借助第三方軟件來(lái)確保計(jì)算的準(zhǔn)確性，降低開(kāi)發(fā)難度。OpenCV是Intel公司建立的計(jì)算機(jī)視覺(jué)函數(shù)庫(kù)，能夠支持進(jìn)行開(kāi)源圖像處理，在實(shí)際的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中通過(guò)使用這些函數(shù)，能夠有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)編程。例如說(shuō)人臉識(shí)別系統(tǒng)中的人臉檢測(cè)環(huán)節(jié)，通過(guò)使用不同的函數(shù)來(lái)降低計(jì)算的難度，提升了人臉識(shí)別的效率。

結(jié)語(yǔ)：

加強(qiáng)對(duì)于嵌入式人臉識(shí)別系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)以及平臺(tái)運(yùn)行特點(diǎn)的了解，通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)來(lái)提升人臉識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別精度以及識(shí)別效率，能夠有效促進(jìn)人臉識(shí)別技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

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