基于云計算的嵌入式人臉識別系統(tǒng)建構(gòu)分析

王 威

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院 遼寧省遼陽市 111000）

隨著社會不斷進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)迅猛發(fā)展，數(shù)字時代已經(jīng)到來，社會各行各業(yè)的快速發(fā)展對身份認(rèn)證也有了更高要求。人臉識別屬于模式識別，在身份認(rèn)證中應(yīng)用越來越廣泛，但傳統(tǒng)人臉識別技術(shù)缺乏便攜性和靈活性，為不斷提升人臉識別的靈敏度、可靠性及便捷性，需從云計算角度出發(fā)，開展嵌入式人臉識別系統(tǒng)研究，進(jìn)一步提升識別效率。

概述

近幾年，云計算發(fā)展勢頭良好，融合了并行計算、分布式技術(shù)、網(wǎng)格計算等多項(xiàng)高新技術(shù)，能夠提供豐富多樣的云服務(wù)，其主要功能包括三項(xiàng)，分別是軟件服務(wù)、平臺服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。軟件服務(wù)最為常見，用戶與云端連接后可直接完成多種數(shù)據(jù)處理服務(wù)，平臺服務(wù)主要針對開發(fā)人員，計算能力和處理能力較強(qiáng)，基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)面向底層用戶，主要提供底層數(shù)據(jù)、軟件資源與硬件架構(gòu)，用戶可從供應(yīng)商處得到符合自身需求的資源。從云計算角度出發(fā)建構(gòu)嵌入式人臉識別系統(tǒng)，具有以下三項(xiàng)優(yōu)勢。第一，計算規(guī)模龐大。云平臺中配有數(shù)量可觀的服務(wù)器，可承載龐大的計算量。第二、安全可靠。云平臺的設(shè)計理念是為客戶提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)，可靠性為第一前提，為數(shù)據(jù)提供集中防護(hù)，用戶可獲得真實(shí)有效的信息資源。第三、虛擬性。云計算不受時間與空間限制，通過云端進(jìn)行連接，將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)與存儲進(jìn)行虛擬化處理。

基于云計算的嵌入式人臉識別系統(tǒng)建構(gòu)分析

現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)資源有限，而人臉檢測運(yùn)算龐大復(fù)雜，因此嵌入式人臉識別系統(tǒng)建構(gòu)難度較大，可融合云計算技術(shù)，利用嵌入式系統(tǒng)完成人臉圖樣采集，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至云平臺進(jìn)行檢測運(yùn)算，并將結(jié)果反饋給嵌入式平臺，以此提高計算速度，滿足客戶需求。嵌入式采集端與云計算的結(jié)合，可對視頻采集前端人臉進(jìn)行分割處理，大大縮小數(shù)據(jù)量，明顯提高上傳速度，避免出現(xiàn)大量的計算冗余，系統(tǒng)設(shè)計更加環(huán)保。另外，此系統(tǒng)還能避免對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境產(chǎn)生過多依賴，靈活應(yīng)對突發(fā)情況，優(yōu)勢良多。

系統(tǒng)方案總體設(shè)計?；谠朴嬎銜r代背景下，人臉識別在智能視頻監(jiān)控中得到了高度重視，系統(tǒng)的應(yīng)用既能夠?qū)σ蕴W(wǎng)接口和圖像采集設(shè)備進(jìn)行描述外，還需要配備其它輔助設(shè)備，以此來實(shí)現(xiàn)用戶交互、數(shù)據(jù)存儲等目標(biāo)，圖1描述的是人臉識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。通常情況下，系統(tǒng)方案總體設(shè)計包括三個方面：（1）嵌入式系統(tǒng)。此

系統(tǒng)為核心，須連接以太網(wǎng)和圖像采集設(shè)備，一般情況下為確保處理器有良好的性能，大多選擇ARM架構(gòu)的s5pv210嵌入式微處理器構(gòu)建嵌入式平臺，性能較優(yōu)良，有利于構(gòu)建人臉識別系統(tǒng)。（2）人臉檢測云計算平臺。此平臺可為客戶提供精度較高的人臉識別技術(shù)，將規(guī)模龐大的計算系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)分離，大幅度提高了計算速度與準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段可使用的接口服務(wù)包含人臉比對、人臉數(shù)量檢測、人臉特征檢測等，其中每項(xiàng)接口服務(wù)又針對客戶需求開發(fā)出多種功能。（3）圖像采集設(shè)備。圖像采集設(shè)備需保證采集清晰度，采集分辨率一般是352＊288，為后續(xù)檢測計算提供保障，采集設(shè)備可通過USB攝像頭或紅外CCD攝像頭完成接入。

圖1 基于云計算的嵌入式人臉識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

硬件設(shè)計。嵌入式人臉識別系統(tǒng)屬于專用身份認(rèn)證系統(tǒng)，因用途特殊，故對硬件需求較高，系統(tǒng)硬件和軟件融合為一體，通過USB接口和客戶端相互聯(lián)系，完成指定需求的身份認(rèn)證?？偨Y(jié)來說，在人臉識別系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，微處理器選擇了S5PV210的芯片類型，其主要包括了電源、觸摸屏、晶振、復(fù)位及時鐘電路、Jtag調(diào)試、Camera、DRAM、USB 等內(nèi)容，同時選擇了ARM CortexTM-A8內(nèi)核，而且在主頻方面采用了64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，最大為1GHZ，不僅可以達(dá)到2000DMIPS 的運(yùn)算能力，而且還可以更好的滿足人臉識別系統(tǒng)設(shè)計需求。系統(tǒng)運(yùn)行時，攝像頭將檢測到的人臉圖像經(jīng)由電路發(fā)送至圖像采集模塊提供信息，通過復(fù)雜的運(yùn)算處理。顯示模塊會在人臉識別及初步運(yùn)算后輸出人臉圖像，并將其上傳至微控制器總線的接收端，完成后續(xù)識別處理。在硬件系統(tǒng)中，通信接口模塊、微控制器、圖像采集模塊屬于核心設(shè)備，構(gòu)建硬件系統(tǒng)時應(yīng)根據(jù)使用需求采購適合的元件，以免影響人臉識別效果。微處理器芯片是核心控制設(shè)備，與系統(tǒng)開發(fā)時間及人臉識別準(zhǔn)確度息息相關(guān)，采購時應(yīng)綜合考慮多項(xiàng)因素（類型、外圍器件、總線寬度、經(jīng)濟(jì)性），在保證滿足使用需求的同時盡量降低能耗、節(jié)約成本。

軟件設(shè)計。通常情況下，人臉識別系統(tǒng)主要通過捕獲和檢驗(yàn)sdcard中拍攝和存儲的圖像，借助系統(tǒng)按鈕不僅可以對操作模式進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)節(jié)，而且還可以使其變成拍照檢測模式或?qū)崟r檢測模式進(jìn)行有效提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。其中，拍照檢測模式主要是獲取攝像頭拍攝的臨時圖像，以便全面了解和掌握人臉中的不同特征，并上傳至云平臺中存儲。實(shí)時檢測模式一般是以每秒的速度來捕獲攝像頭中的圖像，并檢測圖像中的人臉特征、數(shù)量等信息，最后以文本的方式傳輸給用戶。

對于人臉識別系統(tǒng)而言，軟件設(shè)計是構(gòu)建嵌入式人臉識別系統(tǒng)的重要部分，一般包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容。首先是人臉圖像采集，受場景環(huán)境限制，人臉圖像采集過程中不可避免的會受到光源、各類遮擋等不良因素影響，因此采集圖像時需要進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像去噪、校正、歸一化等操作，以此消除外部影響，提高識別精度。其次是人臉特征提取，采集后的圖像利用一定算法進(jìn)行處理，處理方式包括圖像特征選擇和降維處理等操作，提取人臉面部的重要特征信息，降低后續(xù)計算量。最后是人臉識別，將計算得出的人臉特征與云端數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行對比分析，如果特征相互匹配則證明為同一人。

基于云計算的嵌入式人臉識別系統(tǒng)應(yīng)用分析

結(jié)合云計算技術(shù)的嵌入式人臉識別系統(tǒng)應(yīng)用時需完成如下步驟。（1）采集人臉視頻、預(yù)處理人臉圖像。工作人員通過合適的攝像頭，結(jié)合現(xiàn)場情況調(diào)整視頻格式與尺寸，采集后轉(zhuǎn)換成人臉圖像。為提升圖像質(zhì)量，可利用Harris角點(diǎn)計算法進(jìn)行灰度化與校正處理。（2）提取人臉特征、降維處理。使用Haar-Like方法提取人臉特征，提取的人臉特征屬于多重共線性關(guān)系，數(shù)據(jù)量較大，需進(jìn)行合理的降維處理。（3）完成人臉識別。傳統(tǒng)人臉識別算法需借助特征向量，辨識程度較低，可將人臉特征上傳至云端服務(wù)器，在大數(shù)據(jù)算法協(xié)助下構(gòu)建完善的人臉模型，從而準(zhǔn)確識別人臉樣本，提高識別精度。

綜上所述，嵌入式人臉識別在現(xiàn)代社會中有重要的商業(yè)價值與潛在價值，應(yīng)加大研究力度，結(jié)合云計算技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)方案總設(shè)計、硬件及軟件設(shè)計三方面因素，盡可能建構(gòu)更加科學(xué)合理的系統(tǒng)，優(yōu)化整理性能，縮短識別時間、提高識別率，使其在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，進(jìn)而為社會的可持續(xù)發(fā)展提供有效助力。