CN201397512Y - 嵌入式红外人脸图像识别装置 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式集成电路板的红外人脸图像识别装置。包括：核心控制模块、视频信号输入模块、存储模块、USB接口模块、电源模块、LCD显示单元、以及微型键盘输入组件和音频输出提示组件。该装置可利用人脸信息实现全天候条件下的人脸图像自动采集与识别，进而实现对个人身份的判定，从而满足商用/家用门禁、考勤、身份鉴别等应用需求。该装置可与现有的其他生物特征识别系统和安防系统相互融合，形成功能更为完整的个人身份鉴定和安全防护系统。也可支撑其他领域人脸识别应用系统的研究，如刑侦领域人脸识别破案、医疗卫生领域人脸分析诊断、交通领域防疲劳驾驶等。

Description

嵌入式红外人脸图像识别装置

【技术领域】：

本实用新型属于生物特征识别技术领域，主要涉及数字图像处理、红外人脸识别、模式识别系统优化、嵌入式系统设计等多个子领域。

【背景技术】：

人脸识别是近年来逐渐兴起的生物特征识别技术，可用于个人身份鉴定/认定，在很多应用领域有极为广泛的市场前景。目前的人脸识别技术主要包括基于可见光传感采集的灰度/彩色图像法，以及基于红外成像的人脸识别技术。红外成像的人脸识别技术代表了该领域的新兴方向，与可见光成像相比，红外成像人脸识别具有以下特点：

1.光照不变特性：光线强度的变化以及光源角度的变化并不影响红外成像的结果。这使得人脸识别有着更高的稳定性，据国外学者的对比实验表明，在同样的光照模型下，红外成像的人脸识别精度要比可见光成像的精度高30％。

2.抗伪装特性：人脸的血管分布是红外成像的主要热源，这种血管分布不会因化妆、整容以及伪装而改变，因热成像机理使得红外成像的人脸识别技术与可见光技术相比更具稳定性。

3.方向无关性：基于可见光的人脸识别技术对人脸成像的位置、角度有很高的要求，但是对红外成像而言，这种因素不会影响红外成像人脸识别技术的精度。

4.温度敏感性：热成像机理使得红外成像容易受到温度的影响，对人脸识别而言，不同的情绪、心态以及不同的季节都会造成红外成像的波动，克服这种波动的主要方法是及时更新训练样本，同时适当采取图像融合技术。

红外成像的人脸识别技术与基于可见光的人脸识别技术相比，具有更高的准确性和更快的处理速度。在门禁安防、视频监控、个人生物特征识别等领域有较为广泛的应用。

【实用新型内容】：

本实用新型目的是解决软硬件集成一体化的红外人脸识别技术应用问题，提供一种嵌入式红外人脸图像识别装置。

本实用新型提供的嵌入式红外人脸图像识别装置包括：

核心控制模块：该模块包括基于ARM920T内核的S3c2440主处理器和基于TMS320C6000DSP平台的数字信号处理器TMS320DM642的协处理器；前者是一款高速低功耗的RISC处理器，拥有400MHz的工作平频率；后者是C6000DSP平台中一款专门用于处理视频图像信号的高速处理器，两者的协同配合为整个嵌入式系统提供了高速可靠的硬件基础；

主处理器S3c2440，通过协处理器DM642的主机接口HPI访问协处理器，与之进行数据交换和传递；主处理器和协处理器能够经过内部和外部的存储器进行相互交换信息；主处理器还能够直接访问存储映射的外围设备；HPI与协处理器存储空间的互联是通过EDMA控制器实现的；主处理器和协处理器都能够对HPI控制寄存器HPIC和HPI地址寄存器HPIA进行访问；主处理器能够通过使用外部数据和接口控制信号来访问HPI数据寄存器HPID和HPIC；

协处理器DM642，用于将获取的数字视频图像经过处理后输入到协处理器的外部存储器SDRAM，通过EDMA方式由HPI口将视频图像传入主处理器，供其进行分类和识别；

视频信号输入模块：包括红外热成像装置和视频编解码芯片；红外热成像装置用于捕捉视频图像，并输出模拟信号，视频编解码芯片TVP5150将红外热成像装置输出的模拟信号转换为数字信号，并输出格式为ITU-R BT.656的YUV4:2:2的数字视频信号到协处理器DM642的VP2口；

存储模块：包括针对主处理器S3c2440和针对协处理器TMS320DM642的存储模块，其中：

主处理器S3c2440的存储模块，包括分别与主处理器连接的两片32MB16位的SDRAM芯片HY57V561620将外部存储空间扩展了64MB，和另外使用一片容量为64MB的Nandflash芯片K9F1208U0M用于存储程序；

协处理器DM642的存储模块，包括分别与协处理器连接的一片32MB的SDRAM芯片HY57V561620和一片32MB的Nandflash芯片K9F5608Q0C实现存储空间扩展；

USB接口模块：主要用于数字摄像头和移动存储设备的接入，其中包括：

主处理器S3c2440的USB接口：主处理器S3c2440自带USB的HOST控制器，具有2个USB主设备接口；遵从OHCI Rev.1.0标准，兼容USB ver1.1标准；鉴于1.0的传送速率较低，本系统只扩展其中一个主设备接口。

协处理器DM642的USB接口：采用USB管理芯片CH375为协处理器DM642扩展了USB接口，USB管理芯片与协处理器DM642的EMIF接口相连；

此外，该装置还包括：

电源模块：提供由220V交流转5V直流的变压器直接供电和电池供电两种模式，用于驱动硬件装置的运行；

微型键盘输入组件：与主处理器连接，供用户输入密码和控制指令；

LCD显示单元：与主处理器连接，用于显示人脸图像、识别比对结果；

音频输出提示组件：与主处理器连接，用于提供语音提示，指导用户的操作流程。

本实用新型的优点和积极效果：

本实用新型针对人脸识别与应用问题，设计并实现了完整的硬件结构体系，建立了软硬件高度集成、自动化、智能化的红外嵌入式红外人脸识别系统。

该系统的硬件体系覆盖了模拟视频信号采集与传输、语音输入输出控制、复杂电源系统设计、USB接口设计、多类型数据传输机制设计、基于ARM+DSP的核心控制机制设计等内容，并实现了基于15cm(宽)×10cm(高)的6层集成电路板设计与布线优化。具有体积小、功能全、通用性好、集成度高的特点。

该系统可作为嵌入式模块与其他设备相结合，形成具有红外人脸识别功能的一体化生物特征识别设备、门禁安防设备以及其他人脸识别领域的设备，具有广泛的应用前景。

【附图说明】：

图1是嵌入式红外人脸图像识别装置框图，

图2是红外人脸识别装置使用流程图，

图3是主处理器与协处理器连接结构设计图，

图4是语音输出提示模块结构设计图，

图5是视频信号输入模块结构设计图，

图6是电源模块结构设计图。

【具体实施方式】：

实施例1：识别装置

本实用新型提供的嵌入式红外人脸图像识别装置包括：

核心控制模块：该模块包括基于ARM920T内核的S3c2440主处理器和基于TMS320C6000DSP平台的数字信号处理器TMS320DM642的协处理器；前者是一款高速低功耗的RISC处理器，拥有400MHz的工作平频率；后者是C6000DSP平台中一款专门用于处理视频图像信号的高速处理器，两者的协同配合为整个嵌入式系统提供了高速可靠的硬件基础；

主处理器S3c2440，通过协处理器DM642的主机接口HPI访问协处理器，与之进行数据交换和传递；主处理器和协处理器能够经过内部和外部的存储器进行相互交换信息；主处理器还能够直接访问存储映射的外围设备；HPI与协处理器存储空间的互联是通过EDMA控制器实现的；主处理器和协处理器都能够对HPI控制寄存器HPIC和HPI地址寄存器HPIA进行访问；主处理器能够通过使用外部数据和接口控制信号来访问HPI数据寄存器HPID和HPIC；

协处理器DM642，用于将获取的数字视频图像经过处理后输入到协处理器的外部存储器SDRAM，通过EDMA方式由HPI口将视频图像传入主处理器，供其进行分类和识别；

视频信号输入模块：包括红外热成像装置和视频编解码芯片；红外热成像装置用于捕捉视频图像，并输出模拟信号，视频编解码芯片TVP5150将红外热成像装置输出的模拟信号转换为数字信号，并输出格式为ITU-R BT.656的YUV4:2:2的数字视频信号到协处理器DM642的VP2口；

存储模块：包括针对主处理器S3c2440和针对协处理器TMS320DM642的存储模块，其中：

主处理器S3c2440的存储模块，包括分别与主处理器连接的两片32MB16位的SDRAM芯片HY57V561620将外部存储空间扩展了64MB，和另外使用一片容量为64MB的Nandflash芯片K9F1208U0M用于存储程序；

协处理器DM642的存储模块，包括分别与协处理器连接的一片32MB的SDRAM芯片HY57V561620和一片32MB的Nandflash芯片K9F5608Q0C实现存储空间扩展；

USB接口模块：主要用于数字摄像头和移动存储设备的接入，其中包括：

主处理器S3c2440的USB接口：主处理器S3c2440自带USB的HOST控制器，具有2个USB主设备接口；遵从OHCI Rev.1.0标准，兼容USB ver1.1标准；鉴于1.0的传送速率较低，本系统只扩展其中一个主设备接口。

协处理器DM642的USB接口：采用USB管理芯片CH375为协处理器DM642扩展了USB接口，USB管理芯片与协处理器DM642的EMIF接口相连；

此外，该装置还包括：

电源模块：提供由220V交流转5V直流的变压器直接供电和电池供电两种模式，用于驱动硬件装置的运行；电路板中提供5种数字电源，包括5V，3.3V，1.3V，1.4V，1.8V；2种模拟电源3.3V和1.8V，模拟地和数字地。

微型键盘输入组件：与主处理器连接，供用户输入密码和控制指令；

LCD显示单元：与主处理器连接，用于显示人脸图像、识别比对结果；

音频输出提示组件：与主处理器连接，用于提供语音提示，指导用户的操作流程。

特别说明，本实用新型的识别装置所涉及的各种芯片均可采用常规连接，可以参考产品说明即可实现识别装置的电路连接，故此处省略电路连接图。

本实用新型提供的红外人脸识别装置的具体使用过程见附图2流程图：

第一、训练阶段工作过程：

用户通过微型键盘输入组件键入指令，启动人脸信息登记流程，将人脸对准红外图像采集组件中的红外热成像装置，由视频解码芯片将采集到的图像传送给协处理器TMS320C6000，经协处理器进行视频拆分后获取红外人脸图像，传送给主处理器S3c2440。

主处理器S3c2440运行人脸定位程序，实现对图像中人脸区域的精确提取，并运行人脸特征提取和降维程序，获取人脸标准特征，并保存在存储组件的NandFlash中。

在该过程中，LCD显示屏组件将显示人脸图像的采集情况，并显示处理状态。音频输出提示组件用语音方式提示用户操作步骤和登记已完成。

第二、识别应用阶段工作过程：

用户通过微型键盘输入组件键入指令，启动人脸比对流程，将人脸对准红外图像采集组件中的红外热成像装置，由视频解码芯片将采集到的图像传送给协处理器TMS320C6000，经协处理器进行视频拆分后获取红外人脸图像，传送给主处理器S3c2440。主处理器S3c2440运行人脸定位程序，实现对图像中人脸区域的精确提取，并运行人脸特征提取和降维程序，获取人脸特征向量。继续运行人脸识别比对程序，将人脸特征向量与保存在NandFlash中的标准特征进行比对，如比中则通过LCD显示屏组件和音频提示输出组件提示识别比对成功，否则提示识别比对失败。

Claims (2)

1、一种嵌入式红外人脸图像识别装置，其特征在于该装置包括：

核心控制模块：该模块包括基于ARM920T内核的S3c2440主处理器和基于TMS320C6000DSP平台的数字信号处理器TMS320DM642的协处理器；

主处理器S3c2440，通过协处理器DM642的主机接口HPI访问协处理器，与之进行数据交换和传递；主处理器和协处理器能够经过内部和外部的存储器进行相互交换信息；主处理器还能够直接访问存储映射的外围设备；HPI与协处理器存储空间的互联是通过EDMA控制器实现的；主处理器和协处理器都能够对HPI控制寄存器HPIC和HPI地址寄存器HPIA进行访问；主处理器能够通过使用外部数据和接口控制信号来访问HPI数据寄存器HPID和HPIC；

协处理器DM642，用于将获取的数字视频图像经过处理后输入到协处理器的外部存储器SDRAM，通过EDMA方式由HPI口将视频图像传入主处理器，供其进行分类和识别；

视频信号输入模块：包括红外热成像装置和视频编解码芯片；红外热成像装置用于捕捉视频图像，并输出模拟信号，视频编解码芯片TVP5150将红外热成像装置输出的模拟信号转换为数字信号，并输出格式为ITU-R BT.656的YUV4:2:2的数字视频信号到协处理器DM642的VP2口；

存储模块：包括针对主处理器S3c2440和针对协处理器TMS320DM642的存储模块，其中：

使用两片32MB16位的SDRAM芯片与主处理器S3c2440连接，用于主处理器数据存储，使用一片64MB的NandFlash芯片与主处理器S3c2440连接，用于主处理器的程序存储；使用一片32MB16位的SDRAM芯片与协处理器TMS320DM642连接，用于协处理器数据存储，使用一片32MB的NandFlash芯片与协处理器TMS320DM642连接，用于协处理器的程序存储；

USB接口模块：主要用于数字摄像头和移动存储设备的接入，其中包括：

主处理器S3c2440的USB接口：主处理器S3c2440自带USB的HOST控制器，具有2个USB主设备接口；

协处理器DM642的USB接口：采用USB管理芯片CH375为协处理器DM642扩展了USB接口，USB管理芯片与协处理器DM642的EMIF接口相连。

2、根据权利要求1所述的嵌入式红外人脸图像识别装置，其特征在于该装置还包括：

电源模块：提供由220V交流转5V直流的变压器直接供电和电池供电两种模式，用于驱动硬件装置的运行；

微型键盘输入组件：与主处理器连接，供用户输入密码和控制指令；

LCD显示单元：与主处理器连接，用于显示人脸图像、识别比对结果；

音频输出提示组件：与主处理器连接，用于提供语音提示，指导用户的操作流程。

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