人脸检测算法及其FPGA设计研究

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人脸检测是指在任何人脸识别系统中从输入信息(图像)中确定所有存在的人脸的位置、大小和姿态的过程,它是自动人脸识别系统中的一个关键环节。随着计算机科学在人机交互领域的快速发展,人脸检测获得了广泛的重视,并成功应用于智能视频监控、出入境管理、电子商务等领域。本文分别研究了AdaBoost算法以及神经网络的人脸检测算法,在分析比较各自的优缺点之后,提出了一种改进的检测算法。并且针对在实际应用中,常常期望有一个独立的嵌入式的人脸检测系统,提出了一种基于FPGA(Field-programmable gate array)的软硬件协同人脸检测方法。全文主要内容如下:1.将AdaBoost算法与神经网络相结合,提出了一种新的人脸检测方法。首先,对人脸图像数据进行标准化处理,然后利用神经网络训练出一系列弱分类器,最后利用AdaBoost算法提高弱分类器的分类精度,实现人脸的检测。实验结果表明,AdaBoost-NN算法具有较好的鲁棒性和较高的检测率,结果更加客观、合理。同时,AdaBoost-NN算法也与神经网络和Gabor小波变换相结合的人脸检测算法进行了比较,实验结果表明,综合考虑检测率和时间,AdaBoost-NN人脸检测算法是优于Gabor-NN算法的。2.以Xilinx公司的XUP Virtex II Pro型FPGA为开发平台,分别在其Power-PC硬核和MicroBlaze软核上,用软件的方法实现了人脸检测方法,并比较了两种方法的执行时间。3.提出了一种软硬件协同的嵌入式人脸检测方法。先在XUP Virtex II Pro型FPGA上以PowerPC硬核为核心搭建起硬件平台。接着,设计了该系统最为关键的两个IP核:视频输入与显示IP核,以及AdaBoost算法矩形特征分类IP核。为了提高系统的速度,将特征数据都存储在BRAM上。并且,特征分类IP核中,采用了并行处理的方法。最终的仿真实验表明,相对软件实现,检测速度大大提高。并且整个系统相对灵活,对于不同的应用环境,只需改变软件处理部分。
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