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

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)人臉表情識別和檢測的研究僅限于少數(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)人臉視頻信號的檢測，并對其進(jìn)行處理。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種嵌入式人臉識別監(jiān)測器及其檢測方法，人臉識別監(jiān)測器提供對所輸入的兩路視頻信號中的人臉視頻信號進(jìn)行檢測，并將檢測到的人臉視頻信號疊加到原視頻信號后進(jìn)行輸出。本系統(tǒng)基于數(shù)字信號處理器(DSP)進(jìn)行人臉檢測。本系統(tǒng)能實(shí)時地檢測標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入中的人臉畫面，并將其提取出來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)視頻信號輸入到人臉識別監(jiān)測器，在人臉識別監(jiān)測器中經(jīng)過模擬視頻信號數(shù)字化后，通過專有的人臉檢測視頻檢測算法，檢測出含有的人臉畫面，然后將此人臉畫面提取出來，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)前的視頻檢測系統(tǒng)中，而無需對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級，能和現(xiàn)有的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，最大程度的節(jié)約用戶的投資。



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

具體實(shí)施例方式 如圖1所示，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的嵌入式人臉識別監(jiān)測器的總體方塊圖； 所述的嵌入式人臉識別監(jiān)測器包括前面板、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)明的人臉識別監(jiān)測器的硬件結(jié)構(gòu)圖，其中DM642作為整個人臉識別監(jiān)測器的核心部件，它主要完成整個系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，完成對周邊各部件的控制、系統(tǒng)自檢處理、人臉檢測運(yùn)算、視頻信號的數(shù)字化等工作。
視頻編碼器在DSP的控制下，將標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入信號數(shù)字化成DSP能夠識別和處理的數(shù)字圖像信號；由于可以進(jìn)行兩路視頻信號處理，所以在結(jié)構(gòu)圖中含有兩個視頻編碼器。
視頻解碼器在DSP的控制下，將已經(jīng)進(jìn)行人臉檢測、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，在疊加后需要將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)視頻模擬信號，以便于下一級設(shè)備直接使用。
系統(tǒng)自檢電路完成整個系統(tǒng)的自檢工作，人臉識別檢測器在上電時要運(yùn)行自檢程序，以判斷整個系統(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，自檢電路當(dāng)檢測到故障時，以發(fā)光二極管的方式給用戶以提示。
SDRAM和FLASH屬于整個人臉識別監(jiān)測器的存貯設(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別監(jiān)測器的各種工作電源。
下面參見圖3，圖例示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的嵌入式人臉識別監(jiān)測器的前面板、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關(guān)、指示燈和撥碼開關(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，參見圖4，詳細(xì)描述所述的人臉識別監(jiān)測器的軟件流程，具體描述如下 S1上電后，啟動上電自檢測程序，自檢程序?qū)θ四樧R別監(jiān)測器的所有功能模塊進(jìn)行檢測，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)置檢測程序。用戶設(shè)置檢測程序檢測用戶的外部設(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、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。檢測后根據(jù)用戶設(shè)置來預(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。然后運(yùn)行S3 S3用戶設(shè)置檢測程序運(yùn)行完后將進(jìn)入視頻檢測程序，程序?qū)⒉粩鄼z測是否有視頻信號輸入，如果沒有視頻信號輸入，則不斷運(yùn)行視頻檢測程序；如果有視頻信號輸入，則將視頻信號數(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)行人臉檢測算法，此步驟是整個程序的核心。人臉檢測程序?qū)⒏鶕?jù)訓(xùn)練得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行人臉檢測，如果檢測到存在人臉，則運(yùn)行S5，否則直接運(yùn)行S6。
S5將檢測到的人臉提取出來，同時根據(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此時圖像信號仍為數(shù)字化圖像信號，所以需要DSP控制外圍芯片將數(shù)字化圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號輸出。
S7一個周期運(yùn)行完成后，進(jìn)行下一個周期的視頻檢測，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)施過程，具體過程如下 1、上電與系統(tǒng)自檢人臉識別監(jiān)測器上電后，系統(tǒng)軟件對本身進(jìn)行自檢，檢測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LED指示實(shí)現(xiàn))，并不斷檢測直到故障消失。如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，則執(zhí)行下一步操作。
2、系統(tǒng)軟件對系統(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)通過對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。
4、光線處理系統(tǒng)采用像素值的均值和方差來矯正光線對圖像每一個像素點(diǎn)的影響，以此達(dá)到消除光線對人臉像素值的影響的目的。
5、人臉檢測通過人臉檢測算法進(jìn)行人臉檢測。本系統(tǒng)在處理具有多個人臉的圖像時，只檢測出一個人臉圖像后就不再檢測。
6、人臉信號提取與疊加將檢測到的人臉畫面提取出來，再根據(jù)用戶設(shè)置對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t＝1，...，T (1)先進(jìn)行參數(shù)歸一化， (2)對每個臉部特征f，訓(xùn)練一個分類函數(shù)h(x，f，p，θ)；計(jì)算對應(yīng)所有臉部特征的分類函數(shù)的加權(quán)(qt)錯誤率為σf (3)選取最好的分類函數(shù)ht(x)(擁有最小錯誤率σt) (4)按照這個最佳分類函數(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被錯誤地分類。
3、最后形成的分類函數(shù)為 C(x)＝1，當(dāng)時 C(x)＝0，當(dāng)時 采用此方法學(xué)習(xí)后，能較好地檢測復(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。
本檢測軟件中的創(chuàng)新在于，通過動態(tài)調(diào)整各種臉部特征在整個人臉檢測中所占的權(quán)重，動態(tài)去除無關(guān)的背景圖像的影響，能達(dá)到較好地檢測各種條件下的人臉的目的，同時使運(yùn)算的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度都大大降低，既提高了檢測效率，又降低了對硬件的要求。
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；
其次，對標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入畫面中的人臉圖像進(jìn)行檢測，并將人臉檢測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別監(jiān)測器，其特征在于
DSP核心處理單元，其作為人臉識別監(jiān)測器的核心部件，主要完成整個系統(tǒng)的控制和運(yùn)算，完成對周邊各部件的控制、系統(tǒng)自檢處理、人臉檢測運(yùn)算、視頻信號的數(shù)字化等工作。
視頻編碼器，在DSP的控制下，它將標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入信號數(shù)字化成DSP能夠識別和處理的數(shù)字圖像信號。
視頻解碼器，在DSP的控制下，將已經(jīng)進(jìn)行人臉檢測、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)字化的圖像信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)視頻模擬信號，以便于下一級設(shè)備直接使用。
存儲設(shè)備，用于存儲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別監(jiān)測器，其特征在于所述的視頻編碼器個數(shù)為2個，可以進(jìn)行兩路視頻信號處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式人臉識別監(jiān)測器，其特征在于還包括以下特征
系統(tǒng)自檢電路，它完成整個系統(tǒng)的自檢工作，人臉識別監(jiān)測器在上電時要運(yùn)行自檢程序，以判斷整個系統(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，自檢電路當(dāng)檢測到故障時，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別監(jiān)測器，其中所述的人臉識別監(jiān)測器的存貯設(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器，還包括JTAG接口，其作為DSP與外部連接的接口，可用來下載應(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別監(jiān)測器，還包括工作電源電路，其提供多路人臉識別監(jiān)測器的各種工作電源。
全文摘要
一種嵌入式人臉識別監(jiān)測器及其檢測方法，人臉識別監(jiān)測器提供對所輸入的兩路視頻信號中的人臉視頻信號進(jìn)行檢測，并將檢測到的人臉視頻信號疊加到原視頻信號后進(jìn)行輸出。本系統(tǒng)基于數(shù)字信號處理器(DSP)進(jìn)行人臉檢測。本系統(tǒng)能實(shí)時地檢測標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入中的人臉畫面，并將其提取出來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G06K9/00GK101201895SQ200710151909
公開日2008年6月18日 申請日期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 申請人:高育新, 郝曉谷