专利名称：一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块及其识别方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于智能视频监控领域的识别技术，具体涉及一种基于嵌入式 平台的人脸识别智能模块及其识别方法。
背景技术：
视频监控无论在金融、公安等传统安防需求较为旺盛的行业，还是在交通、电力、 园区(如奥运会，世博会园区等)以及医院等对于监控需求快速增长的新兴行业中都得到了 迅速的发展。伴随着视频监控的迅速发展，对系统的智能性要求也在逐步提高。
人脸识别技术是近年来生物特征识别领域的一个热门研究方向，因为人脸具有不 可复制、采集方便、不需要被拍者的配合、事后的查询能力强等众多优点。1965年Chan和 Bledsoe最早提出了自动人脸识别(Automatic Face Recognition, AFR)的概念，随后陆 续产生了多种自动人脸识别商业系统。美国国防部进一步组织了针对人脸识别商业系统的 if IlJ-Face Recognition Vendor Test (FRVT)。在 FRVT2002 中，Cognitec, Identix 禾口 Eyematic三家公司处于领先地位，其中，Cognitec公司的FaceVACS-SDK系统采用多阶高斯 导数滤波特征对人脸进行判别匹配；Identix公司的FaceIt系统利用LFA方法完成人脸识 别；Eyematic公司的PersonSpotter系统则是基于Gabor特征开发的。在国内，中国科学 院自动化研究所研发了两套基于近红外(Near Infrared, NIR)人脸图像的人脸识别系统， 分别用于办公室出入管理与考勤，以及生物护照系统。上海交通大学也开发了基于可见光 的人脸识别门禁和考勤系统。上述自动人脸识别系统均是基于PC平台的应用，其缺点在于，该类人脸识别系统 应用的场合受到一定的限制。目前，许多行业(金融、公安、交通等)对视频监控的需求越来 越旺盛，对系统的智能性和携带性要求也在逐步提高。技术日益成熟的嵌入式平台具有体 积小、便于携带、功耗低和发热少等特点，在很多领域得到了广泛的应用。因此，在嵌入式平 台上开发AFR系统会有更广阔的应用前景。现有技术的嵌入式自动人脸识别系统大多基于 近红外图像，需要专用的红外摄像头以及主动红外补光，影响了自动人脸识别系统的普适 性。
发明内容
本发明说明了一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块及其识别方法，基于可见 光进行人脸识别，适用多种信号传输，降低成本，节约时间。为实现上述目的，本发明提供一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，其特点 是，该模块包含嵌入式处理器模块，以及分别与该嵌入式处理器模块电路连接的摄像头接 口模块和主控制器接口模块；
上述的摄像头接口模块连接外接的摄像头；该主控制器接口模块连接外接的控制器。上述的嵌入式处理器模块包含数字信号处理器，以及与该数字信号处理器电路连 接的存储器。
上述的摄像头接口模块包含摄像头接口控制模块，以及分别与该摄像头接口控制 模块电路连接的模拟信号接口和数字信号接口。上述的主控制器接口模块包含主控制器接口控制模块，以及分别与该主控制器接 口控制模块电路连接的近距离传输接口和远距离传输接口。一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法，其特征在于，该方法包含 以下步骤
步骤1系统模块启动，嵌入式处理器模块、摄像头接口模块和主控制器接口模块初始
化；
步骤2系统模块建立人脸模板、储存人脸先验知识； 步骤2. 1确定需要储存的可疑人员，选取若干幅包含该人员人脸的图像； 步骤2. 2摄像头采集该可疑人员的人脸图像，传输至嵌入式处理器模块； 步骤2. 3嵌入式处理器模块对包含可疑人员人脸的图像进行人脸检测、特征点定位和 标准化；
步骤2. 4判断是否检测完所有的该可疑人员的人脸图像，若是，则跳转到步骤2. 5，若 否，则跳转到步骤2.2 ；
步骤2. 5嵌入式处理器模块提取每一幅该可疑人员的人脸图像的特征数据； 步骤2. 6嵌入式处理器模块将若干幅人脸图像的特征数据进行平均处理，获取人脸模
板；
步骤2. 7嵌入式处理器模块储存该可疑人员的人脸模板； 步骤3嵌入式处理器模块中读取事先建立的人脸模板； 步骤4摄像头采集图像，通过摄像头接口模块将图像传输至嵌入式处理器模块； 步骤5嵌入式处理器模块对采集的图像进行人脸检测，判断图像中是否有人脸信息， 若是，则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4 ；
步骤6嵌入式处理器模块储存检测到的人脸图像信息； 步骤7嵌入式处理器模块对该人脸图像信息进行特征点定位和标准化； 步骤8嵌入式处理器模块对该人脸图像信息进行比对识别； 步骤8. 1嵌入式处理器模块识别采集的标准化的人脸图像； 步骤8. 2嵌入式处理器模块对该人脸图像信息进行人脸特征提取； 步骤8. 3嵌入式处理器模块将该人脸图像信息与事先储存的人脸模板进行比对，判断 该检测的人脸图像信息与事先储存的某个人脸模板是否为同一人脸，若是，则发送报警信 号至控制器，并跳转到步骤4，若否，则不发送报警信号，并跳转到步骤4，继续进行识别。本发明一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块及其识别方法和现有技术相比， 其优点在于，本发明的嵌入式处理器模块可处理可见光范围内的图像信息，基于可见光图 像进行人脸检测识别，不需专用摄像头以及主动红外补光，能够利用普通监控摄像头，更容 易被被测个体所接受，并具有比基于近红外的系统具有更高的隐蔽性，应用场合能因此而 大大拓展；
本发明的摄像头接口模块提供模拟和数字两种摄像头接口，能够与视频监控系统中两 类摄像头连接，提高了本系统的适用性；
本发明的主控制器接口模块包含近距离传输接口和远距离传输接口，方便与近距离和远距离两类控制器进行通讯，提高本系统的适用性；
本发明能够事先录入可疑人员的人脸图像，当该可疑人员进入监控摄像头范围内时， 系统能够识别出该可疑人员并发出警报，提醒相关安保人员注意；
本发明能够自动捕捉下检测过程中出现的人脸图像，并进行实时储存，便于事后对可 疑人员进行排查，而无需花费大量人力观看监控录像，降低成本，节约时间。
图1为本发明一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的总体模块示意图； 图2为本发明一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法的方法流程图3为本发明一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法的建立人脸模板 的方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图，说明本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明公开了一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，该模块包 含嵌入式处理器模块1，以及分别与该嵌入式处理器模块1电路连接的摄像头接口模块2和 主控制器接口模块3。摄像头接口模块2通过电路连接外接的摄像头4，主控制器接口模块 3通过电路或网络连接外接的控制器5。嵌入式处理器模块1包含数字信号处理器，以及与该数字信号处理器电路连接的 存储器。其采用TI公司的C6000系列DSP处理器配合一块NOR Flash芯片来实现，数字信 号处理器采用C6000系列DSP处理器，存储器采用NOR Flash芯片。该嵌入式处理器模块 1由高性能的数字信号处理器、Flash存储器组成，数字信号处理器拥有强大的数据处理能 力和高运行速度，能满足人脸检测识别的运算要求，Flash存储器用于存放人脸检测识别方 法所需的大量通过离线训练得到的先验知识。本发明中，嵌入式处理器模块1的任务是运 行人脸检测识别方法，需要高速的运算能力以及离线数据的存储能力，嵌入式处理器模块1 从摄像头接口模块2获得图像数据，运行人脸检测识别方法，将检测识别结果通过主控制 器接口模块3传输给视频监控系统的控制器5。摄像头接口模块2由两个分立的模拟信号接口和数字信号接口组成，提供模拟和 数字两种摄像头接口。其中，模拟信号接口采用AV端子，同时支持PAL和NTSC制式的信号， 数字信号接口是USB接口。这种结构便于与模拟和数字两类摄像头4进行连接。摄像头接 口模块2包含摄像头接口控制模块，以及分别与该摄像头接口控制模块电路连接的模拟信 号接口和数字信号接口，摄像头接口控制模块采用ARM9处理器，ARM9处理器与嵌入式处理 器模块1电路连接，数字信号接口采用一个USB接口，模拟信号接口采用一块视频编码芯片 (如 TVP5146)。由于本发明基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法是基于可见光图像 的，该基于嵌入式平台的人脸识别智能模块可利用普通监控摄像头进行图像探测，不需要 专用的红外摄像头以及主动红外补光。所以，本发明中摄像头4采用普通监控摄像头，其图 像信息的输出端采用数字或模拟输出。摄像头4的模拟输出与摄像头接口模块2模拟信号 接口之间通过AV端子接线建立连接。摄像头4的数字输出与摄像头接口模块2数字信号接口之间通过USB接线建立连接。主控制器接口模块3提供本发明基于嵌入式平台的人脸识别智能模块与设置在 任意距离的控制器5的通讯接口，该通讯接口包含USB接口和以太网接口。本发明中控制 器5采用PC控制器。主控制器接口模块3包含主控制器接口控制模块，以及分别与该主控 制器接口控制模块电路连接的近距离传输接口和远距离传输接口，主控制器接口控制模块 采用ARM9处理器，ARM9处理器与嵌入式处理器模块1电路连接，近距离传输接口采用一个 USB接口，远距离传输接口采用一个以太网接口。USB接口是一种广泛应用于PC领域的新型 接口技术，它支持热插拔、支持多个不同设备的连接、无需额外供电，已成为个人电脑的标 准接口，因此该系统采用USB接口与近距离的PC控制器进行通讯，考虑到远程网络视频监 控系统中PC控制器与视频监控终端距离较远，USB接口不合适远距离通信，与近距离的控 制器5的连接采用USB接口。而以太网作为一种快速通信方式，其传输距离可长达500m，还 具有高度灵活、传输可靠和易于实现等特点，因此采用以太网作为与远距离的控制器5通 讯的接口。以下结合图2和图3，具体说明本发明基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识 别方法。步骤1基于嵌入式平台的人脸识别智能模块系统启动，嵌入式处理器模块1、摄 像头接口模块2和主控制器接口模块3初始化，同时使摄像头接口模块2与摄像头4之间 建立连接，主控制器接口模块3与控制器5之间建立连接，并启动控制器5和摄像头4。步骤2基于嵌入式平台的人脸识别智能模块建立人脸模板、储存人脸先验知识。步骤2. 1确定需要储存的可疑人员，选取若干幅包含该人员人脸的图像。步骤2. 2摄像头4采集该可疑人员的人脸图像，传输至嵌入式处理器模块1。步骤2. 3嵌入式处理器模块1对包含可疑人员的人脸图像进行检测，并进行特征 点定位处理，根据上一步骤中人脸检测所得的人脸在图像中位置信息，在人脸区域中进一 步定位到眼睛、鼻子、嘴等特征点的位置。获得标准化的人脸图像，根据人脸上各个特征点 的位置，通过脸部截取、图像预处理等步骤，最终使得标准化的人脸图像具有相同的大小， 相同的特征点位置并且经过了相同的图像预处理。步骤2. 4判断是否检测完所有的该可疑人员的人脸图像，若是，则跳转到步骤 2. 5，若否，则跳转到步骤2. 2。步骤2. 5嵌入式处理器模块1提取每一幅该可疑人员的人脸图像的特征数据。步骤2. 6嵌入式处理器模块1将若干幅人脸图像的特征数据进行平均处理，获取 该可疑人员的平均人脸模板。步骤2. 7嵌入式处理器模块1储存该可疑人员的人脸模板。步骤3进行人脸识别前，从嵌入式处理器模块1中读取事先建立的人脸模板。步骤4当有人员进入人脸识别的范围内，摄像头4采集一幅图像，通过摄像头接 口模块2将图像传输至嵌入式处理器模块1。步骤5嵌入式处理器模块1对采集的图像进行人脸检测，判断图像中是否有人脸 信息，若是，则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4。步骤6嵌入式处理器模块1储存检测到的人脸图像信息。步骤7嵌入式处理器模块1对该人脸图像信息进行特征点定位，根据上一步骤中人脸检测所得的人脸在图像中位置信息，在人脸区域中进一步定位到眼睛、鼻子、嘴等特征 点的位置。并对人脸图像标准化，根据人脸上各个特征点的位置，通过脸部截取、图像预处 理等步骤，最终获得的标准化的人脸图像具有相同的大小，相同的特征点位置并且经过了 相同的图像预处理。步骤8嵌入式处理器模块1对该人脸图像信息进行比对识别。步骤8. 1嵌入式处理器模块1识别采集的标准化的人脸图像。步骤8. 2嵌入式处理器模块1对该人脸图像信息进行人脸特征提取。步骤8. 3嵌入式处理器模块1将该人脸图像信息与事先储存的人脸模板进行比 对，判断该检测的人脸图像信息与事先储存的某个人脸模板是否为同一人的人脸信息，即 检测的人脸图像信息与事先储存的某个人脸模板之间的差距是否大于阈值，若是，则嵌入 式处理器模块1发送报警信号，通过主控制器接口模块3将信号发送至控制器5，并向控制 器5提示该可疑人员的信息，报警信号发送完成后，跳转到步骤4，继续进行人脸识别检测， 若否，则嵌入式处理器模块1不发送报警信号，说明该人员不是可疑人员，并跳转到步骤4， 继续对下一个人脸图像信息进行识别。上述的阈值为事先设定的判定人脸图像信息之间是否相似的值，若大于该阈值， 则说明现场检测的人脸图像信息与事先存储的人脸图像信息相近，可判定现场检测的人员 就是事先在嵌入式处理器模块1中储存人脸图像信息的人员。若小于阈值，则说明现在检 测的人脸图像信息与事先存储的人脸图像信息不相符，判定现场检测的人员不是事先存储 人脸图像信息的人员。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，其特征在于，该模块包含嵌入式处理器 模块(1)，以及分别与所述的嵌入式处理器模块(1)电路连接的摄像头接口模块(2)和主控 制器接口模块(3);所述的摄像头接口模块(2)连接外接的摄像头(4);所述的主控制器接口模块(3)连接 外接的控制器(5)。
2.如权利要求1所述的基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，其特征在于，所述的嵌 入式处理器模块(1)包含数字信号处理器，以及与所述的数字信号处理器电路连接的存储ο
3.如权利要求1所述的基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，其特征在于，所述的摄 像头接口模块(2)包含摄像头接口控制模块，以及分别与所述的摄像头接口控制模块电路 连接的模拟信号接口和数字信号接口。
4.如权利要求1所述的基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，其特征在于，所述的主 控制器接口模块(3)包含主控制器接口控制模块，以及分别与所述的主控制器接口控制模 块电路连接的近距离传输接口和远距离传输接口。
5.一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法，其特征在于，该方法包含以 下步骤 步骤1系统模块启动，嵌入式处理器模块(1)、摄像头接口模块(2)和主控制器接口模 块(3)初始化；步骤2系统模块建立人脸模板、储存人脸先验知识； 步骤3嵌入式处理器模块(1)中读取事先建立的人脸模板；步骤4摄像头(4)采集图像，通过摄像头接口模块(2 )将图像传输至嵌入式处理器模 块⑴；步骤5嵌入式处理器模块(1)对采集的图像进行人脸检测，判断图像中是否有人脸信 息，若是，则跳转到步骤6，若否，则跳转到步骤4 ；步骤6嵌入式处理器模块(1)储存检测到的人脸图像信息；步骤7嵌入式处理器模块(1)对该人脸图像信息进行特征点定位和标准化；步骤8嵌入式处理器模块(1)对该人脸图像信息进行比对识别。
6.如权利要求5所述的一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法，其特征 在于，所述的步骤2还包含以下步骤步骤2. 1确定需要储存的可疑人员，选取若干幅包含该人员人脸的图像； 步骤2. 2摄像头(4)采集该可疑人员的人脸图像，传输至嵌入式处理器模块(1)； 步骤2. 3嵌入式处理器模块(1)对包含可疑人员人脸的图像进行人脸检测、特征点定 位和标准化；步骤2. 4判断是否检测完所有的该可疑人员的人脸图像，若是，则跳转到步骤2. 5，若 否，则跳转到步骤2.2 ；步骤2. 5嵌入式处理器模块(1)提取每一幅该可疑人员的人脸图像的特征数据； 步骤2. 6嵌入式处理器模块(1)将若干幅人脸图像的特征数据进行平均处理，获取人 脸模板；步骤2. 7嵌入式处理器模块(1)储存该可疑人员的人脸模板。
7.如权利要求5所述的一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块的识别方法，其特征 在于，所述的步骤8还包含以下步骤步骤8. 1嵌入式处理器模块(1)识别采集的标准化的人脸图像； 步骤8. 2嵌入式处理器模块(1)对该人脸图像信息进行人脸特征提取； 步骤8. 3嵌入式处理器模块(1)将该人脸图像信息与事先储存的人脸模板进行比对， 判断该检测的人脸图像信息与事先储存的某个人脸模板是否为同一人脸，若是，则发送报 警信号至控制器(5)，并跳转到步骤4，若否，则不发送报警信号，并跳转到步骤4，继续进行 识别。
全文摘要
本发明说明了一种基于嵌入式平台的人脸识别智能模块，该模块包含嵌入式处理器模块，以及分别与该嵌入式处理器模块电路连接的摄像头接口模块和主控制器接口模块；该摄像头接口模块连接外接的摄像头；该主控制器接口模块连接外接的控制器。本发明基于可见光图像进行人脸检测识别，能够利用普通监控摄像头，更容易被被测个体所接受，并具有比基于近红外的系统具有更高的隐蔽性，应用场合能因此而大大拓展；摄像头接口模块包含模拟和数字两种摄像头接口，能够与多种摄像头连接；主控制器接口模块包含近距离传输接口和远距离传输接口，方便与近距离和远距离两类控制器进行通讯，提高本系统的适用性。
文档编号G06K9/00GK102096811SQ201110028008
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者刘昆, 刘立, 唐坚, 彭文东, 朱学曦, 王剑邦, 苏剑波 申请人:上海洪剑智能科技有限公司