基于Nios Ⅱ軟核的人臉檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通信模塊

根據(jù)實(shí)際情況選擇用以太網(wǎng)或GPRS把人臉檢測(cè)跟蹤后的結(jié)果發(fā)送到主控制站。在有以太網(wǎng)連接的條件下優(yōu)先選用以太網(wǎng)連接，可以提供較高的傳輸速率和可靠性，在沒(méi)有以太網(wǎng)的條件下選用GPRS進(jìn)行通信。同時(shí)，如果用戶(hù)需要，也可以直接在LCD上顯示。

人臉檢測(cè)跟蹤算法的實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)人臉檢測(cè)跟蹤算法之前，圖像的預(yù)處理很重要。圖像預(yù)處理主要有噪聲濾除和圖像增強(qiáng)，提高圖像的質(zhì)量。本系統(tǒng)采用中值濾波進(jìn)行噪聲濾除。與其它濾波方法相比，中值濾波不僅能有效濾除圖像中的孤立噪聲點(diǎn)，還能保護(hù)邊界信息。圖像增強(qiáng)技術(shù)主要包括直方圖修改處理、圖像平滑處理和圖像銳化處理等。所以，實(shí)際的人臉檢測(cè)系統(tǒng)采用圖像增強(qiáng)來(lái)消除光照影響。

本系統(tǒng)采用基于膚色和差分幀相結(jié)合的方法來(lái)確定視頻序列中的人臉。這樣不但可以排除類(lèi)似膚色背景的干擾，提高人臉檢測(cè)的準(zhǔn)確性，還可以保證檢測(cè)與跟蹤的實(shí)時(shí)性。大量實(shí)驗(yàn)表明，人臉膚色在YCrCb 空間內(nèi)的Cr和Cb 值分布在特定的范圍之內(nèi)，Cr 范圍為135～156，Cb 的范圍為108～123。由此建立人臉膚色聚類(lèi)模型，即彩色圖像的像素B 滿(mǎn)足條件：108 ≤Cb ≤123 和135≤Cr≤156，則B 是膚色點(diǎn)。

(1)根據(jù)公式

可將圖像轉(zhuǎn)化為一個(gè)二值圖像，其中白色像素點(diǎn)為膚色點(diǎn)，黑色像素點(diǎn)為非膚色點(diǎn)。由于頭部與背景的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，差分幀法是運(yùn)動(dòng)圖像分析的有效方法。它檢測(cè)圖像序列相鄰兩幀之間的變化，即直接比較兩幀圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值。幀與幀之間的變化可用一個(gè)二值差分圖像表示：

(2)式中的T是閾值

使用Nios II 的定制指令，可以將一個(gè)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)指令序列簡(jiǎn)化為一個(gè)用硬件實(shí)現(xiàn)的單一指令，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)并加快系統(tǒng)運(yùn)行速度。在人臉檢測(cè)跟蹤算法中，對(duì)圖像的處理數(shù)據(jù)運(yùn)算量大，循環(huán)數(shù)目多，而Nios II 的定制指令個(gè)數(shù)已增加到256個(gè)，可以使用定制指令完成許多循環(huán)內(nèi)的數(shù)據(jù)處理，從而加速數(shù)據(jù)處理的速度。定制指令邏輯和Nios II 的連接在SoPC Builder 中完成。Nios II CPU 配置向?qū)峁┝艘粋€(gè)可添加256 條定制指令的圖形用戶(hù)界面，在該界面中導(dǎo)入設(shè)計(jì)文件，設(shè)置定制指令名，并分配定制指令所需的CPU 時(shí)鐘周期數(shù)目。系統(tǒng)生成時(shí)，Nios II IDE 為每條用戶(hù)指令產(chǎn)生一個(gè)在系統(tǒng)頭文件中定義的宏，可以在C 或C + + 應(yīng)用程序代碼中直接調(diào)用這個(gè)宏。

結(jié)語(yǔ)

本文的人臉檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)利用32 位Nios Ⅱ軟核處理器在FPGA上完成設(shè)計(jì), 減小了系統(tǒng)的體積，而且在PC上開(kāi)發(fā)的程序可移植到Nios Ⅱ處理器上，實(shí)現(xiàn)了片上系統(tǒng)。Nios 是性?xún)r(jià)比較高的微處理器軟核，可以方便地把用戶(hù)需要的接口和自定義的邏輯加入到系統(tǒng)中。本文介紹的方法體現(xiàn)了SoPC 嵌入式系統(tǒng)的靈活性。因此，這種方法能夠有效地縮短開(kāi)發(fā)周期、 同時(shí)能夠延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期、 可以不斷地在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)設(shè)計(jì)。