嵌入式人脸识别系统的硬件设计与实现

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随着计算机技术的发展,人们开始尝试着用生物特征,如虹膜和指纹来进行人的身份识别。从上个世纪60年代开始,人们开始研究如何基于计算机来实现人类最原始的身份识别模式--通过人脸进行识别。   人脸识别的算法从最原始的通过人脸器官的判别发展到包括PCA在内的众多更优化的算法,人脸识别的技术的应用也从重要部门、部队和涉密单位向普罗大众延伸,越来越多的企业和单位也都采取人脸识别系统来对员工进行管理,甚至有些私人住宅和小型企业也表现出使用人脸识别系统来加强安防措施的倾向。然而目前大多数商用的人脸识别系统都是基于通用计算机平台来实现,在成本和使用便捷性方面都亚于基于嵌入式平台的人脸识别系统。   国内外众多学者和企业都进行了嵌入式人脸识别系统的研究。在系统的硬件架构上,大多数的研究和成果都是只基于RISC架构处理器或者DSP处理器的平台来实现的。而这两种单核系统在数字视频图像处理的速度、软件开发移植的便捷性、人机交互界面的灵活性方面都有不同程度的缺陷。   本文在分析不同架构处理器特点和人脸识别门禁的功能要求的基础上,设计了以S3C2440和TMS320DM642为处理器的双核架构人脸识别门禁系统,并采用双核独立系统和增强的HPI对接的方案实现了系统的柔性设计。以核心板单板能够实现人脸识别门禁的视频采集、识别、语音门铃、可视门铃、数据存储等基本功能。在不改变核心板的情况下与升级板对接能实现系统性能和功能的升级。   本文采用双摄像头设计方案,较好的解决了传统的单个红外摄像头系统会产生的回显视频色彩失真问题。   针对目前嵌入式人脸识别系统的视频捕捉视窗固定问题,本文利用人脸搜索技术,提出了两种自适应人脸区域对准方案:TMS320DM642的VideoPort视频捕捉有效窗口位置的设置方案和摄像头三维位置机械调整方案。   本文在第四章中对系统的存储模块、USB扩展接口模块、音频模块、视频捕捉模块和系统的电源模块的原理和设计进行了详细的论述。除此之外还对LCD显示模块、键盘模块和系统的调试接口进行了简单的介绍。   本文还对系统PCB版图设计时遇到的信号完整性问题、布局布线和层叠设计问题进行了分析,并提出了解决方案。   最后对搭建好的电路系统进行了调试,并完成了用户登记,即时人脸图像捕捉和识别等功能的测试,达到了预期效果。并从无线通信功能和与物联网发展相融合的方向对以后的工作提出了预期。
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