基于ARM的人脸识别系统设计与实现.docx

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基于ARM的人脸识别系统设计与实现

东北师范大学

硕士学位论文

基于ARM的人脸识别系统设计与实现

姓名：

塔娜

申请学位级别：

硕士

专业：

计算机应用技术

指导教师：

马志强

20090501

摘要

人脸识别技术作为生物识别技术之一，是模式识别在图像领域中的具体运用，其应用前景非常广阔，可以应用到身份证件的鉴别、自动门禁控制系统、银行取款机、家庭安全，图片检索等领域。

人脸识别系统主要分为人脸检测定位，特征提取和人脸分类三部分。

人脸的检测和定位，即从输入的图像中找到人脸及入脸存在的位置，并将人脸从背景中分离出来。

在特征提取部分，先对原始人脸数据进行特征提取，之后原始数据由维数较少的有效特征数据表示并存储在数据库中，接下来进行人脸分类，在识别待测人脸图像时，将待测图像的特征数据与数据库中存储数据相比对，判断是否为库中的某一人，．从而实现自动识别人脸的目的。

在过去的十年里，人脸识别技术一直是图像处理领域里具有挑战性的课题，随着研究的深入，许多人脸检测及识别算法被提出来。

其中基于主成分分析的Ｅｉｇｅｎｆａｃｅ的算法及其变形已经成为测试人脸识别系统性能的基准算法；同时Ａｄａｂｏｏｓｔ人脸检测算法，在ＰＣ上基本可以达到实时，在嵌入式产品广泛应用的今天，只有让人脸识别算法在嵌入式平台上实现，才能获得更广阔的应用，本文研究了在嵌入式平台上Ａｄａｂｏｏｓｔ人脸检测算法的性能。

嵌入式是后ＰＣ时代的一个亮点，目前已经应用在社会生活的方方面面。

嵌入式产品的开发平台分为包括很多，如：

ＤＳＰ，ＡＲＭ，ＰｏｗｅｒＰＣ等等。

本文采用的ＡＲＭ９作为嵌入式开发平台，研究人脸识别在ＡＲＭ平台的性能，为实用的嵌入式人脸识别系统的设计提供参考。

本文从ＰＣ平台的软件实现入手，分别实现了ＰＣ平台下的ＡｄａＢｏｏｓｔ人脸检测算法和ＰＣＡ人脸识别算法；分析了现象及结果，接下来搭建了基于ＡＲＭ嵌入式系统的硬件平台，对ＡｄａＢｏｏｓｔ人脸检测算法进行了硬件平台的移植，并得出相应实验效果。

人脸识别；人脸检测；ＡＲＭ；ＡｄａＢｏｏｓｔ；ＰＣＡ关键词：

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｓａｂｉｏｌｏｇｙｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔｉｓａｐａｒｔｉｃｕｌａｒ

ｕｓｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｔｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｉｎｉｍａｇｅｆｉｌｅｄ．Ｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｕｓｕａｌｌｙ

ｖｅｒｉｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＰｅｒｓｏｎａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｇａｔｅｗａｙｓｔＯｉｎｌｉｍｉｔｅｄａｃｃｅｓｓａｒｅａｓ，ａｕｔｈｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｂａｎｋａｎｄｆａｍｉｌｙｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｅｔｃ．

ｎｌｅｈｕｍａｎｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｆａｃｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ。

Ｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

ｉｎｐｕｔｔｉｎｇｐｉｃｔｕｒｅ．ＴｈｅｎｉｔｃｕｔｓａｐａｒｔＣａｎｆｅｎｄｈｕｍａｎｆａｃｅａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍｈｕｍａｎｆａｃｅｆｒｏｍｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ｉｎｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｆｉｒｓｔｔａｋｅｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｐｉｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｔｈｅｍｉｎａ１０ｗｅｒｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｃｅｗｉｔｌｌｌｅｓｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓ．Ｔｈｅｎｓａｖｅｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｄａｔａｉｎｔｈｅｆａｃｅｓｔｏｒｅｈｏｕｓｅ．Ｉｎｔｈｅｆａｃｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ。

ｗｈｅｎｒｅｃｏｇｎｉｚｉｎｇｔ１１ｅｕｎｋｎｏｗｎｈｕｍａｎ

ｏｎｅｐｉｃｔｕｒｅ，ａｔｆｉｒｓｔｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｕｎｋｎｏｗｎｈｕｍａｎｔｏｔｈｅｎｍａｒｃｈ．ｅｄｗｉｔｈｋｎｏｗｎｈｕｍａｎｆａｃｅｍｏｄｅｌｔｈａｔｓｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅｆａｃｅｓｔｏｒｅｈｏｕｓｅｐｅｒｓｏｎｉｎｔｈｅｓｔｏｒｅｈｏｕｓｅ

ｐａｓｔｔｅｎｏｒｃｏｎｆｉｒｍｗｈｅｔｈｅｒｉｔｉｓｎｏｔ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｙｅａｒｓ，ｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ

ｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｒｅａ．Ｗｉｔｌｌｔｌｌｅｓｔｕｄｙｐｒｏｇｒｅｓｓｅｄ，ｍａｎｙｉｍｐｏｒｔａｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｍ，ｔｈｅ

ｗｉｄｅｌｙ—ｕｓｅｄｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｎｅａｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＥｉｇｅｎｆａｃｅ，ｔｈｅｍｏｓｔｍａｐｂａｓｅｄｏｎＰＣＡ（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ），ｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｃｒｉｔｅｒｉｏｎｔｏｔｅｓｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ａｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ；Ｉｎ２００１，ＶｉｏｌａａｎｄＪｏｎｅｈａｖｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｍｐｏｒｔａｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈａｔｃａｌｌｅｄ

ｃａｎｆａｓｔｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｂａｓｅｄ

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｎＡｄａＢｏｏｓｔ．ＡｔＰＣｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｙｔｏｍｅｅｔｒｅａｌ—ｔｉｍｅａｃｈｉｅｖｅｓａｌｖｅｄｅｍａｎｄ．ＮｏｗｗｅｗａｎｔｋｎｏｗｗｈｅｔｈｅｒｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍＣａｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒａｔｅａｔｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍ．

Ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｔｈｅ

ｅｍｂｅｄｄｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｋｉｎｄｓｏｆ

ａｓｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｕｔｅｒｆｉｌｅｄ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｔａｋｅｓｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓ．ｎｅＡＩ州ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｅｆｏｒｍｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔｇｉｖｅｓｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．

ａｎｄＳｔａｔｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅＰＣＡａｌｇｏｒｉｔｈｍ

Ａｄａｂｏｏｓｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔａｎｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｂｕｉｌｔｂａｓｉｎｇ

ｔｈｅｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｎｏｎｔｈｅＡＲＭｂｏａｒｄｆｏｒｔｈｅｈｕｍａｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｎｐｕｔｔｈｅＡＲＭｂｏａｒｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｆａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＡＲＭ；ＡｄａＢｏｏｓｔ；ＰＣＡ

独创性声明

本人郑重声明：

所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。

据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。

对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。

本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：

日期：

五星：

』：

』』

学位论文使用授权书

．本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权东北师范大学可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。

同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》（中国学术期刊（光盘版）电子杂志社）、《中国学位论文全文数据库》‘（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名：

日期：

迭碍越＼４佟ｆ¨指导教师签名：

塑日期：

汐９６．ＩＩ

学位论文作者毕业后去向：

工作单位：

通讯地址：

电话：

——邮编：

——

东北师范大学硕士学位论文

第一章引言

１．１嵌入式系统

１．１．１嵌入式系统定义

随着微电子技术、数字信息技术和网络技术的高速发展，我们已经进入了数码时代，建立在其基础之上的嵌入式系统已经广泛的渗透到科学研究、工程设计、军事技术、商业、文化艺术、娱乐业以及人们日常生活的方方面面。

嵌入式系统小到一个芯片，大到一个标准的ＰＣＢ板（印刷电路板），种类繁多，这些芯片或ＰＣＢ板隐藏在各式各样的产品和系统中，嵌入式系统由此而得名。

如果分别让１０个工程师给出嵌入式系统的定义，将得到１０个不同的答案。

一般来说，大部分的嵌入式系统执行特定的任务。

根据英国电气工程师协会（１ＥＥ）所作的定义，嵌入式系统是控制、监视或辅助某个设备、机械甚至工厂的运行的装备【ｌ｜。

嵌入式系统具备下列四项特征：

用来执行特定的功能

以电脑和外设构成核心

需要严格的时序与稳定性

全自动操作循环

嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

事实上，嵌入式系统在数量上远远超过了各种通用计算机，ＰＣ机的各种输入输出和外部设备均是由嵌入式处理器控制的。

工业流水线控制、通信、仪器仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等领域更是嵌入式系统的天下。

现在，嵌入式系统所带来的工业产值已超过了１万亿美元，美国著名的未来学家尼葛洛庞帝１９９９年１月访华时预言：

４～５年后，嵌入式智能产品将是继ＰＣ和因特网之后最伟大的发明【２１。

１．１．２嵌入式系统的特点

１．嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。

这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的

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芯片设计和面向应用的软件产品开发。

２．嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。

与通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统。

一般具有成本敏感性，它的硬件和软件必须高效率地设计，量体裁衣去除冗余，针对用户的具体需求，对系统进行合理配置，才能达到理想性能。

３．嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、处理速度、电磁兼容性等方面均受到应用要求的限制。

通常，嵌入式系统ＣＰＵ都具有低功耗、体积小、集成度高的特点，能够把许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计区域小型化。

４．嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行。

因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。

５．嵌入式系统一般要求高可靠性。

在恶劣环境或突然断电的情况下，要求系统仍然能够正常工作。

为提高系统可靠性和执行速度，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存储与磁盘等介质中。

另外，由于大部分具体应用要求必须具有较高的实时性，因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。

．

６．由于嵌入式系统自身的特殊性，注定了它自身所具有的资源和内存空间都是十分有限的，不可能像ＰＣ机那样在其上运行所有的开发工具，而且许多嵌入式系统都没有像显示器那样的输出设备，所以必须借助一套开发工具和环境才能进行开发，目前嵌入式软件开发采用一种特殊的模式：

主机一目标机模式，使用交叉开发的方式进行开发【２】。

１．１．３嵌入式系统组成

嵌入式系统的组成主要由硬件，系统软件和应用软件组成。

三者之间的关系可以归纳为：

软硬兼施，相互协作，融为一体。

嵌入式系统的硬件结构主要由微处理器ＭＰＵ、外围电路以及外设组成。

＞微处理器为ＡＲＭ嵌入式处理芯片，ＭＰＵ为整个嵌入式系统硬件的核心，

外围电路根据微处理器不同而略有不同，主要由电源管理模型、时钟模决定了整个