專利名稱：嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器及其檢測(cè)方法，特別涉及一種提供對(duì)所輸入的兩路視頻信號(hào)中的人臉視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的人臉視頻信號(hào)疊加到原視頻信號(hào)后進(jìn)行輸出的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：
人臉表情含有豐富的人體行為信息，在人們的日常生活中起著重要的作用，因此人臉表情的識(shí)別和研究在情感計(jì)算和智能交互領(lǐng)域有著重要的意義。由于人臉表情非常復(fù)雜，而且受種族、文化等差異的影響，目前大多數(shù)人臉表情識(shí)別和檢測(cè)的研究?jī)H限于少數(shù)典型的表情，然而智能交互要求具有接近人類表情的識(shí)別能力，為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，就要實(shí)現(xiàn)人臉視頻信號(hào)的檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行處理。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器及其檢測(cè)方法，人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器提供對(duì)所輸入的兩路視頻信號(hào)中的人臉視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的人臉視頻信號(hào)疊加到原視頻信號(hào)后進(jìn)行輸出。本系統(tǒng)基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行人臉檢測(cè)。本系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入中的人臉畫面，并將其提取出來(lái)后疊加到原畫面的指定區(qū)域，達(dá)到明確臉部的目的。
標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)輸入到人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，在人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器中經(jīng)過(guò)模擬視頻信號(hào)數(shù)字化后，通過(guò)專有的人臉檢測(cè)視頻檢測(cè)算法，檢測(cè)出含有的人臉畫面，然后將此人臉畫面提取出來(lái)，疊加至原有畫面的指定位置，然后將疊加后的畫面以模擬標(biāo)準(zhǔn)視頻方式輸出。此設(shè)計(jì)方式的好處在于，可以將該產(chǎn)品直接接入當(dāng)前的視頻檢測(cè)系統(tǒng)中，而無(wú)需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，能和現(xiàn)有的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成，最大程度的節(jié)約用戶的投資。



圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的總體方塊圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的硬件結(jié)構(gòu)圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的前面板、后面板和上蓋板的具體結(jié)構(gòu)圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的檢測(cè)方法的具體流程圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的視頻信號(hào)流程示意圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1所示，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的總體方塊圖； 所述的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器包括前面板、后面板、印制板和外殼四部分，其位置關(guān)系如圖所示。
在圖2中，詳細(xì)描述了本發(fā)明的人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的硬件結(jié)構(gòu)圖，其中DM642作為整個(gè)人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的核心部件，它主要完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，完成對(duì)周邊各部件的控制、系統(tǒng)自檢處理、人臉檢測(cè)運(yùn)算、視頻信號(hào)的數(shù)字化等工作。
視頻編碼器在DSP的控制下，將標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入信號(hào)數(shù)字化成DSP能夠識(shí)別和處理的數(shù)字圖像信號(hào)；由于可以進(jìn)行兩路視頻信號(hào)處理，所以在結(jié)構(gòu)圖中含有兩個(gè)視頻編碼器。
視頻解碼器在DSP的控制下，將已經(jīng)進(jìn)行人臉檢測(cè)、提取并疊加后的畫面數(shù)字模擬化。因?yàn)樵贒SP中運(yùn)算的全是數(shù)字化的圖像信號(hào)，在疊加后需要將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)視頻模擬信號(hào)，以便于下一級(jí)設(shè)備直接使用。
系統(tǒng)自檢電路完成整個(gè)系統(tǒng)的自檢工作，人臉識(shí)別檢測(cè)器在上電時(shí)要運(yùn)行自檢程序，以判斷整個(gè)系統(tǒng)是否工作正常。自檢電路則配合自檢程序完成上述工作。同時(shí)，自檢電路當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，以發(fā)光二極管的方式給用戶以提示。
SDRAM和FLASH屬于整個(gè)人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的存貯設(shè)備。SDRAM作為DSP運(yùn)行程序的內(nèi)部存貯器使用，F(xiàn)LASH存貯的是應(yīng)用程序代碼，所有的人臉程序算法及自檢程序等均存放在FLASH里面。
JTAG接口作為DSP與外部連接的接口，可用來(lái)下載應(yīng)用程序至FLASH，也可在PC端軟件控制下作為程序調(diào)試使用。
工作電源電路提供多路人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的各種工作電源。
下面參見(jiàn)圖3，圖例示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的前面板、后面板和上蓋板的具體結(jié)構(gòu)圖； 所述的前面板包括電源開(kāi)關(guān)、指示燈和撥碼開(kāi)關(guān)，而后面板包括網(wǎng)口輸入/輸出端口和電源輸入口，此外，還示出了上蓋板的結(jié)構(gòu)。
最后，參見(jiàn)圖4，詳細(xì)描述所述的人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的軟件流程，具體描述如下 S1上電后，啟動(dòng)上電自檢測(cè)程序，自檢程序?qū)θ四樧R(shí)別監(jiān)測(cè)器的所有功能模塊進(jìn)行檢測(cè)，如果未發(fā)現(xiàn)故障，則執(zhí)行S2操作；否則給出故障指示，同時(shí)循環(huán)S1，直至自檢正常為止。
S2自檢正常后，進(jìn)行用戶設(shè)置檢測(cè)程序。用戶設(shè)置檢測(cè)程序檢測(cè)用戶的外部設(shè)置情況，內(nèi)容包括大畫面是否光照補(bǔ)償、小畫面是否光照補(bǔ)償、是否顯示小畫面、小畫面是否人臉檢測(cè)、人臉提取畫面大小設(shè)置、人臉提取畫面疊加位置設(shè)置等。檢測(cè)后根據(jù)用戶設(shè)置來(lái)預(yù)設(shè)各種工作寄存器，以作為后續(xù)程序運(yùn)行的標(biāo)識(shí)。然后運(yùn)行S3 S3用戶設(shè)置檢測(cè)程序運(yùn)行完后將進(jìn)入視頻檢測(cè)程序，程序?qū)⒉粩鄼z測(cè)是否有視頻信號(hào)輸入，如果沒(méi)有視頻信號(hào)輸入，則不斷運(yùn)行視頻檢測(cè)程序；如果有視頻信號(hào)輸入，則將視頻信號(hào)數(shù)字化后，根據(jù)用戶的設(shè)置，如果需要光照補(bǔ)償，則進(jìn)行光照補(bǔ)償處理，然后進(jìn)行到S4。
S4運(yùn)行人臉檢測(cè)算法，此步驟是整個(gè)程序的核心。人臉檢測(cè)程序?qū)⒏鶕?jù)訓(xùn)練得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行人臉檢測(cè)，如果檢測(cè)到存在人臉，則運(yùn)行S5，否則直接運(yùn)行S6。
S5將檢測(cè)到的人臉提取出來(lái)，同時(shí)根據(jù)用戶設(shè)置的疊加畫面大小和位置設(shè)置，將人臉畫面疊加到原大畫面上。
S6此時(shí)圖像信號(hào)仍為數(shù)字化圖像信號(hào)，所以需要DSP控制外圍芯片將數(shù)字化圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號(hào)輸出。
S7一個(gè)周期運(yùn)行完成后，進(jìn)行下一個(gè)周期的視頻檢測(cè)，執(zhí)行S3。
在描述了硬件結(jié)構(gòu)圖和軟件流程之后，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程，具體過(guò)程如下 1、上電與系統(tǒng)自檢人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器上電后，系統(tǒng)軟件對(duì)本身進(jìn)行自檢，檢測(cè)各部件工作是否正常。如果發(fā)現(xiàn)故障，則工作程序給出故障報(bào)警(通過(guò)LED指示實(shí)現(xiàn))，并不斷檢測(cè)直到故障消失。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障，則執(zhí)行下一步操作。
2、系統(tǒng)軟件對(duì)系統(tǒng)各部件根據(jù)用戶設(shè)置進(jìn)行初始化，如人臉是否曝光補(bǔ)償處理、人臉檢測(cè)后疊加位置設(shè)置、視頻編碼芯片初始化、視頻解碼芯片初始化、網(wǎng)絡(luò)通訊接口初始化等工作。
3、獲取圖像數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)視頻編碼芯片的操作，將輸入的視頻圖像以幀的形式提取出來(lái)。
4、光線處理系統(tǒng)采用像素值的均值和方差來(lái)矯正光線對(duì)圖像每一個(gè)像素點(diǎn)的影響，以此達(dá)到消除光線對(duì)人臉像素值的影響的目的。
5、人臉檢測(cè)通過(guò)人臉檢測(cè)算法進(jìn)行人臉檢測(cè)。本系統(tǒng)在處理具有多個(gè)人臉的圖像時(shí)，只檢測(cè)出一個(gè)人臉圖像后就不再檢測(cè)。
6、人臉信號(hào)提取與疊加將檢測(cè)到的人臉畫面提取出來(lái)，再根據(jù)用戶設(shè)置對(duì)其疊加到原畫面的左上角、左下角、右上角和右下角指定位置，人臉畫面的大小也可由用戶設(shè)置。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明所述的軟件算法，其吸取了目前世界上最先進(jìn)的理論成果，同時(shí)又加入了自己的獨(dú)特的學(xué)習(xí)算法。
其訓(xùn)練學(xué)習(xí)算法如下 1、提供一系統(tǒng)學(xué)習(xí)樣本(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)，其中yi＝0表示其為非人臉樣本，yi＝1表示其為人臉樣本。
2、w1，i＝D(i)； 3、對(duì)t＝1，...，T (1)先進(jìn)行參數(shù)歸一化， (2)對(duì)每個(gè)臉部特征f，訓(xùn)練一個(gè)分類函數(shù)h(x，f，p，θ)；計(jì)算對(duì)應(yīng)所有臉部特征的分類函數(shù)的加權(quán)(qt)錯(cuò)誤率為σf (3)選取最好的分類函數(shù)ht(x)(擁有最小錯(cuò)誤率σt) (4)按照這個(gè)最佳分類函數(shù)，調(diào)整權(quán)重 其中ei＝0表示xi被正確地分類，ei＝1表示xi被錯(cuò)誤地分類。
3、最后形成的分類函數(shù)為 C(x)＝1，當(dāng)時(shí) C(x)＝0，當(dāng)時(shí) 采用此方法學(xué)習(xí)后，能較好地檢測(cè)復(fù)雜條件下的各類人臉，如不同外貌特征的人臉，具有豐富表情的人臉，被外部物體遮擋的人臉，成像角度高度旋轉(zhuǎn)的人臉及在各種光照條件下的人臉。
本檢測(cè)軟件中的創(chuàng)新在于，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整各種臉部特征在整個(gè)人臉檢測(cè)中所占的權(quán)重，動(dòng)態(tài)去除無(wú)關(guān)的背景圖像的影響，能達(dá)到較好地檢測(cè)各種條件下的人臉的目的，同時(shí)使運(yùn)算的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度都大大降低，既提高了檢測(cè)效率，又降低了對(duì)硬件的要求。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例。然而，可以理解的是不脫離本發(fā)明的精神和范圍可以做各種改變，其都落入后續(xù)的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式人臉檢測(cè)方法，其特征在于包含以下步驟
首先，利用嵌入式DSP系統(tǒng)完成人臉圖像的檢測(cè)；
其次，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入畫面中的人臉圖像進(jìn)行檢測(cè)，并將人臉檢測(cè)后疊加至原有畫面后以標(biāo)準(zhǔn)視頻方式輸出；
最后，在輸入視頻畫面中人臉曝光不足的情況下進(jìn)行曝光補(bǔ)償。
2.一種嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，其特征在于
DSP核心處理單元，其作為人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的核心部件，主要完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，完成對(duì)周邊各部件的控制、系統(tǒng)自檢處理、人臉檢測(cè)運(yùn)算、視頻信號(hào)的數(shù)字化等工作。
視頻編碼器，在DSP的控制下，它將標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入信號(hào)數(shù)字化成DSP能夠識(shí)別和處理的數(shù)字圖像信號(hào)。
視頻解碼器，在DSP的控制下，將已經(jīng)進(jìn)行人臉檢測(cè)、提取并疊加后的畫面數(shù)字模擬化。在疊加后將在DSP中運(yùn)算的全是數(shù)字化的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)視頻模擬信號(hào)，以便于下一級(jí)設(shè)備直接使用。
存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)DSP運(yùn)行程序和應(yīng)用程序代碼，所有的人臉程序算法及自檢程序等。
接口單元，用于實(shí)現(xiàn)DSP和編解碼器、存儲(chǔ)設(shè)備以及外部設(shè)備的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，其特征在于所述的視頻編碼器個(gè)數(shù)為2個(gè)，可以進(jìn)行兩路視頻信號(hào)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，其特征在于還包括以下特征
系統(tǒng)自檢電路，它完成整個(gè)系統(tǒng)的自檢工作，人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器在上電時(shí)要運(yùn)行自檢程序，以判斷整個(gè)系統(tǒng)是否工作正常。自檢電路則配合自檢程序完成上述工作。同時(shí)，自檢電路當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，以發(fā)光二極管的方式給用戶以提示。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，其中所述的人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的存貯設(shè)備包括SDRAM和FLASH。SDRAM作為DSP運(yùn)行程序的內(nèi)部存貯器使用，F(xiàn)LASH存貯的是應(yīng)用程序代碼，所有的人臉程序算法及自檢程序等均存放在FLASH里面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉檢測(cè)器，還包括JTAG接口，其作為DSP與外部連接的接口，可用來(lái)下載應(yīng)用程序至FLASH，也可在PC端軟件控制下作為程序調(diào)試使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器，還包括工作電源電路，其提供多路人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器的各種工作電源。
全文摘要
一種嵌入式人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器及其檢測(cè)方法，人臉識(shí)別監(jiān)測(cè)器提供對(duì)所輸入的兩路視頻信號(hào)中的人臉視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的人臉視頻信號(hào)疊加到原視頻信號(hào)后進(jìn)行輸出。本系統(tǒng)基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行人臉檢測(cè)。本系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入中的人臉畫面，并將其提取出來(lái)后疊加到原畫面的指定區(qū)域，達(dá)到明確臉部的目的。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101201895SQ200710151909
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者高育新, 郝曉谷 申請(qǐng)人:高育新, 郝曉谷