CN208143390U - 一种人脸抓拍机和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种人脸抓拍机和系统。该人脸抓拍机包括：网络视频记录芯片、现场可编程门阵列芯片和电源模块。现场可编程门阵列芯片与网络视频记录芯片连接，用于经由网络视频记录芯片获取待处理图像，针对待处理图像进行人脸检测，并且将人脸检测结果输出给网络视频记录芯片；网络视频记录芯片用于接收待处理图像，基于人脸检测结果从待处理图像中抠出人脸图像，并且输出人脸图像；电源模块用于为网络视频记录芯片和现场可编程门阵列芯片供电。上述人脸抓拍机和系统，在保证了人脸抓拍的速度和准确性的同时，功耗和成本更低，性能更可靠，设计更加简单。

Description

一种人脸抓拍机和系统

技术领域

本实用新型涉及模式识别领域，更具体地，涉及一种用于人脸抓拍的人脸抓拍机和系统。

背景技术

传统的人脸抓拍机通常采用专用图像处理器(Graphics Processing Unit，简称：GPU)作为主处理单元，以由其执行人脸检测操作。因此，现有的人脸抓拍机通常价格较昂贵，并且功耗较高。

实用新型内容

考虑到上述问题，本实用新型提供了一种功耗和成本更低的人脸抓拍机和系统。

根据本实用新型一方面，提供了一种人脸抓拍机，包括网络视频记录(NetworkVideo Recorder，简称NVR)芯片、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片和电源模块，其中：

所述FPGA芯片，与所述NVR芯片连接，用于经由所述NVR芯片获取待处理图像，针对所述待处理图像进行人脸检测，并且将人脸检测结果输出给所述NVR芯片；

所述NVR芯片，用于接收所述待处理图像，基于所述人脸检测结果从所述待处理图像中抠出人脸图像，并且输出所述人脸图像；

所述电源模块，用于为所述NVR芯片和所述FPGA芯片供电。

可选地，所述人脸抓拍机还包括交换机芯片，所述交换机芯片与所述NVR芯片连接，以使得所述NVR芯片能够经由所述交换机芯片接收多路图像信号，其中所述多路图像信号包括所述待处理图像。

示例性地，所述交换机芯片与所述NVR芯片通过千兆网媒体访问控制(Giga-MediaAccess Controller，简称GMAC)接口连接。

可选地，所述现场可编程门阵列芯片与所述交换机芯片连接，以将所述人脸检测结果从所述现场可编程门阵列芯片经由所述交换机芯片输出给所述网络视频记录芯片。

可选地，所述现场可编程门阵列芯片与所述交换机芯片通过以太网接口连接。

可选地，所述人脸抓拍机还包括4个输入接口，所述输入接口与所述交换机芯片连接。

示例性地，所述输入接口是以太网接口。

示例性地，所述NVR芯片与所述FPGA芯片通过高清晰度电视接口(HighDefinition Televisio，简称HDTV)或高清晰度多媒体接口(High Definition MultimediaInterface，简称HDMI)连接，以将所述待处理图像从所述NVR芯片输出给所述FPGA芯片。

示例性地，所述FPGA芯片与所述NVR芯片通过串行外设接口(Serial PeripheralInterface，简称SPI)、通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)接口或以太网接口连接，以将所述人脸检测结果从所述FPGA芯片输出给所述NVR芯片。

可选地，所述人脸抓拍机还包括以太网接口、无线保真(Wireless Fidelity，简称WIFI)接口、蓝牙接口、USB接口或HDMI接口，用于输出所述人脸图像。

可选地，所述人脸抓拍机还包括盒体，所述盒体用于容纳所述NVR芯片、所述FPGA芯片和所述电源模块。

根据本实用新型另一方面，提供了一种人脸抓拍系统，包括顺次连接的摄像机、上述人脸抓拍机和显示器，其中：

所述摄像机，用于拍摄图像并输出图像信号至所述人脸抓拍机，其中所述图像信号包括所述待处理图像；

所述显示器，用于自所述人脸抓拍机接收所述人脸图像并显示。

可选地，所述摄像机的数目是多台。

本实用新型提供的人脸抓拍机和人脸抓拍系统，在保证了人脸抓拍的速度和准确性的同时，功耗和成本更低，性能更可靠，设计更加简单。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍机的示意性框图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的人脸抓拍机的示意性框图；

图3是根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍机的4路图像信号中的图像组合格式的示意图；以及

图4是根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍系统的示意性框图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的一个实施例提供了一种人脸抓拍机。人脸抓拍机主要执行以下操作：对于任意一幅待处理图像，采用一定的策略对其进行人脸检测以确定其中是否含有人脸；如果含有人脸，则可以返回所搜索到的人脸在待处理图像中的位置；基于人脸在待处理图像中的位置信息将人脸图像抠出，从而实现人脸抓拍功能。可选地，该人脸抓拍机还可以提供关于待处理图像中人脸的模糊度、姿态和/或其他属性信息。该人脸抓拍机可以应用于各种需要进行人脸抓拍的场景，例如商场、超市和便利店监控，交通违章监控以及社区安全监控系统等。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍机的示意性框图。

如图1所示，该人脸抓拍机100包括NVR芯片110、FPGA芯片120和电源模块130。

NVR芯片110是抓拍机100的图像管理芯片。NVR芯片110用于自外部设备接收待处理图像。该外部设备可以是任何能够提供待处理图像的设备。该外部设备可以是摄像头等图像采集设备，还可以是存储有待处理图像的计算设备，例如个人计算机或服务器等。该待处理图像可以是视频中的帧。换言之，待处理图像可以直接来自视频，诸如通过摄像头采集的。该待处理图像还可以是静态图像。从另外一个角度说，该待处理图像可以是RGB图像。RGB图像是指用红光、绿光和蓝光形成的图像。可以理解，该待处理图像还可以是其他图像格式，如YUV图像。YUV图像是指用亮度、色度和饱和度表示的图像。NVR芯片110在接收待处理图像之后，存储该待处理图像并将其输出给FPGA芯片120。在一个示例中，NVR芯片可以采用海思公司的Hisi35xx系列芯片。

FPGA芯片120与NVR芯片110连接，并自NVR芯片110获取待处理图像。FPGA芯片120是人脸抓拍机100中用于人脸检测的主处理芯片。换言之，FPGA芯片120主要用于针对待处理图像进行人脸检测，并将人脸检测结果返回给NVR芯片110。基于人脸检测操作，FPGA芯片120可以获取待处理图像中人脸的位置信息。该人脸的位置信息可以用人脸框的位置坐标和人脸框的大小来表示，例如人脸框的长和宽。可选地，FPGA芯片120还可以通过人脸检测获取并输出人脸的模糊度和姿态等其他人脸属性信息。FPGA芯片120还可以通过人脸检测获取并输出不同人脸所属的对象，例如用不同的跟踪标记(track id)标识所检测到的人脸。

FPGA芯片120可以通过运行人脸检测神经网络(Neutral Network)算法来实现人脸检测功能。神经网络算法近几年发展迅速，其中的卷积神经网络(Convolution NeutralNetwork，简称CNN)算法是神经网络算法的重要分支。相比传统算法，CNN算法在图像分类的应用上有着精度高、场景适应性强的特点。CNN算法也越来越多地应用到人脸特征的检测和识别上。随着CNN算法的逐渐成熟以及FPGA芯片的计算能力愈加强大，根据本实用新型的实施例，FPGA芯片120可以采用现有的CNN算法来实现人脸检测。可选地，FPGA芯片120采用低比特的CNN算法来进行人脸检测。低比特的CNN算法可以使得FPGA芯片120的效能更高。

FPGA芯片120采用流水线设计，可实现高速运算，能够很好的支持大运算量需求，例如同时对多个通道的图像信号进行人脸检测处理。在一个示例中，FPGA芯片可以采用Xilinx公司的Zynq7020芯片或Zynq7010芯片。

NVR芯片110自FPGA芯片120接收人脸检测结果后，基于人脸检测结果从待处理图像中分离出人脸图像。如前所述，NVR芯片110接收待处理图像后，可以存储待处理图像。NVR芯片110可以根据人脸检测结果中人脸在待处理图像中的位置信息从待处理图像中抠出人脸图像，并将该人脸图像输出。从而，完成人脸抓拍。

人脸抓拍机100还包括电源模块130，用于为人脸抓拍机100的其他部件供电，例如NVR芯片110和FPGA芯片120。NVR芯片110和FPGA芯片120可能需要不同电压的电源。电源模块130可以包括多个变压器，可以将所接收的电能变成不同电压，例如1.0伏、3.3伏等，以满足不同部件的电源要求。可选的，电源模块130直接连接外部电源。电源模块130直接连接外部电源保证了电源的稳定性，从而保证了人脸抓拍机100的稳定性。

本实用新型所提供的上述人脸抓拍机100采用FPGA芯片作为人脸检测主处理芯片，通过定制电路快速运算，能够保证人脸检测速度和准确性，从而实现优秀的人脸抓拍率，并且最大限度的降低人脸重复率，同时功耗和成本更低，性能更可靠。

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的人脸抓拍机的示意性框图。参考图2，人脸抓拍机200包括NVR芯片210、FPGA芯片220、电源模块230和交换机芯片240。FPGA芯片220以及电源模块230的功能分别与FPGA芯片120以及电源模块130类似，在此不再赘述。

交换机芯片240与NVR芯片210连接，以使得NVR芯片210能够经由交换机芯片240接收外部输入的多路图像信号，例如，多路视频信号，其中所述多路图像信号包括待处理图像。如图2所示，多路图像信号经由不同接口输入到交换机芯片240中，交换机芯片240经由同一接口将多路图像信号输出给NVR芯片210，其中各路图像信号包括各自的图像。

对于所接收的图像信号，NVR芯片210还用于把多路图像信号中各自的图像组合成一个待处理图像，输出给FPGA芯片220。图3是根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍机的4路图像信号中的图像组合格式的示意图。其中，通道1、2、3、4分别对应4路图像信号中的图像。FPGA芯片220针对各通道的图像分别进行人脸检测，以得到各通道的人脸检测结果并将各通道的人脸检测结果输出给NVR芯片210。NVR芯片210基于各通道的人脸检测结果从相应的图像中抠出人脸图像并输出。

电源模块230除了为NVR芯片210和FPGA芯片220供电，还为交换机芯片240供电。

上述人脸抓拍机200中，能够方便地接收并处理多路图像信号，并且无需增加用于人脸检测的硬件，保持了较低成本。

可选地，该人脸抓拍机200包括4个输入接口，用于与外部设备连接，例如摄像机。所述输入接口还与交换机芯片240连接，以自外部设备接收4路图像信号。应当理解，输入接口的数目4个仅是示例，该人脸抓拍机200还可以有其他数量的输入接口，如2个、3个、8个等。4路输入接口能够满足大多数应用场景，避免了硬件资源的浪费；此外4路数据的传输和处理比较容易，合理利用了硬件资源。

可选地，上述输入接口是以太网接口。目前，支持网络连接的设备越来越多。例如，与输入接口连接的摄像机可以是网络摄像机(IP CAMERA，简称IPC)。IPC通过网络输出接口输出如H.264编码等高清视频，其经由所述输入接口输入至交换机芯片240。可以理解，该视频还可以是其他高清或标清格式。此外，上述网络摄像机仅是示例，本申请的技术方案对此并不做限制。以太网接口使得人脸抓拍机200能够兼容各种网络设备，提高了人脸抓拍机200的普适性。

可选地，交换机芯片240与NVR芯片210通过GMAC接口连接，把多路图像信号通过高速GMAC接口输出给所述NVR芯片210。

可选地，NVR芯片210与FPGA芯片220通过HDTV接口或HDMI接口连接，以将待处理图像从NVR芯片210输出给FPGA芯片220。所述HDTV接口具体例如BT1120接口。HDTV接口和HDMI接口都支持1920x1080P60(分辨率1920x1080每秒60帧)、1280x720P等多种高清视频格式。由此，人脸抓拍机200可实现全高清视频图像人脸抓拍，例如针对每秒传输帧数(FramesPer Second，简称为FPS)为30，逐行扫描的、分辨率为1920×1080的视频的人脸抓拍。确保了人脸抓拍的速度和准确度，提高了人脸抓拍的性能。

可选地，在上述示例中，FPGA芯片220也与交换机芯片240连接。经由交换机芯片240，FPGA芯片220与NVR芯片210通信，以将人脸检测结果从FPGA芯片220输出给NVR芯片210。利用交换机芯片240形成网络回路，简化了FPGA芯片220与NVR芯片210的数据通信接口设计。

可选地，FPGA芯片220与交换机芯片240通过以太网接口连接。

在上述示例中，人脸检测结果经由以太网，并且具体地经由交换机芯片240，从FPGA芯片220输出至NVR芯片210。可以理解，人脸检测结果还可以不经由交换机芯片240，而经由其他网络设备(未示出)，诸如以太网接口，从FPGA芯片220输出至NVR芯片210。替代地，NVR芯片210与FPGA芯片220还可以通过SPI接口或USB接口(未示出)连接，以将人脸检测结果从FPGA芯片220输出给NVR芯片210。

可选地，该人脸抓拍机200还包括输出接口，例如以太网接口、WIFI接口、蓝牙接口、USB接口或HDMI接口，其连接NVR210芯片，用于输出人脸抓拍机200所抓拍到的人脸图像。具体地，人脸抓拍机200可以通过HDMI接口连接显示器，以显示人脸图像，也可以通过ftp网络服务经由以太网接口发送人脸图像至云端服务器。人脸抓拍机200还可以通过WIFI接口或蓝牙接口经由无线连接将人脸图像输出到手持终端或计算机设备。此外，人脸抓拍机200还可以通过存储设备将人脸图像保存在本地。上述输出接口保证了人脸抓拍过程中的各种数据的及时传输。

在一个示例中，人脸抓拍机200还包括盒体(未示出)，所述盒体用于容纳NVR芯片210、FPGA芯片220和电源模块。NVR芯片210、FPGA芯片、二者之间的连接电路以及其他元件可以集成在电路板上。所述盒体还可以用于容纳交换机芯片240及其连接电路，交换机芯片240及其连接电路可以集成在电路板上。该人脸抓拍机200体积小巧，便于与其他外部设备连接，而且适于隐藏安装。在另一个示例中，人脸抓拍机200可以内置于摄像机中，以进一步节约所占空间。

可选地，所述盒体上设置有与其输入接口一一对应的工作状态指示灯，当对应的输入接口处于工作状态时，所述工作状态指示灯亮灯指示。

根据本实用新型另一方面，还提供了一种人脸抓拍系统。图4是根据本实用新型一个实施例的人脸抓拍系统400的示意性框图。如图4所示，该系统400包括顺次连接的摄像机410、人脸抓拍机420和显示器430。摄像机410采集待处理图像发送给人脸抓拍机420，人脸抓拍机420对该待处理图像执行人脸抓拍，并且输出所抓拍的人脸图像至显示器430进行显示。摄像机410的数目可以是一台或多台，在图4的示例中，人脸抓拍机420包括6个输入接口，但是所连接的摄像机410是4台，人脸抓拍机420对来自4个通道的拍摄图像同时进行人脸抓拍，并把4个通道的人脸抓拍结果组合成一个视频图像，通过显示器430中对应的通道位置显示，即显示屏1、2、3、4分别对应4台摄像机的人脸抓拍图像。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或至少两个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或装置进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在至少两个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的装置权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种人脸抓拍机，其特征在于，包括网络视频记录芯片、现场可编程门阵列芯片和电源模块，其中：

所述现场可编程门阵列芯片，与所述网络视频记录芯片连接，用于经由所述网络视频记录芯片获取待处理图像，针对所述待处理图像进行人脸检测，并且将人脸检测结果输出给所述网络视频记录芯片；

所述网络视频记录芯片，用于接收所述待处理图像，基于所述人脸检测结果从所述待处理图像中抠出人脸图像，并且输出所述人脸图像；

所述电源模块，用于为所述网络视频记录芯片和所述现场可编程门阵列芯片供电。

2.如权利要求1所述人脸抓拍机，其特征在于，所述人脸抓拍机还包括交换机芯片，所述交换机芯片与所述网络视频记录芯片连接，以使得所述网络视频记录芯片能够经由所述交换机芯片接收多路图像信号，其中所述多路图像信号包括所述待处理图像。

3.如权利要求2所述人脸抓拍机，其特征在于，所述交换机芯片与所述网络视频记录芯片通过千兆网媒体访问控制接口连接。

4.如权利要求2所述人脸抓拍机，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片与所述交换机芯片连接，以将所述人脸检测结果从所述现场可编程门阵列芯片经由所述交换机芯片输出给所述网络视频记录芯片。

5.如权利要求4所述人脸抓拍机，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片与所述交换机芯片通过以太网接口连接。

6.如权利要求2所述人脸抓拍机，其特征在于，所述人脸抓拍机还包括4个输入接口，所述输入接口与所述交换机芯片连接。

7.如权利要求6所述人脸抓拍机，其特征在于，所述输入接口是以太网接口。

8.如权利要求1至7任一项所述人脸抓拍机，其特征在于，所述网络视频记录芯片与所述现场可编程门阵列芯片通过高清晰度电视接口或高清晰度多媒体接口连接，以将所述待处理图像从所述网络视频记录芯片输出给所述现场可编程门阵列芯片。

9.如权利要求1至3任一项所述人脸抓拍机，其特征在于，所述现场可编程门阵列芯片与所述网络视频记录芯片通过串行外设接口、通用串行总线接口或以太网接口连接，以将所述人脸检测结果从所述现场可编程门阵列芯片输出给所述网络视频记录芯片。

10.如权利要求1至7任一项所述人脸抓拍机，其特征在于，所述人脸抓拍机还包括以太网接口、无线保真接口、蓝牙接口、通用串行总线接口或高清晰度多媒体接口，用于输出所述人脸图像。

11.如权利要求1至7任一项所述人脸抓拍机，其特征在于，所述人脸抓拍机还包括盒体，所述盒体用于容纳所述网络视频记录芯片、所述现场可编程门阵列芯片和所述电源模块。

12.一种人脸抓拍系统，其特征在于，包括：顺次连接的摄像机、如权利要求1至11任一项所述人脸抓拍机和显示器，其中，

所述摄像机，用于拍摄图像并输出图像信号至所述人脸抓拍机，其中所述图像信号包括所述待处理图像；

所述显示器，用于自所述人脸抓拍机接收所述人脸图像并显示。

13.如权利要求12所述人脸抓拍系统，其特征在于，所述摄像机的数目是多台。