基于嵌入式的人臉識別系統設計分析

程光

摘 要：隨著現代化科學技術的創新發展，利用人體的生物特征來甄別個人身份的這種生物識別技術，逐漸成為了安全認證的首選方式。生物特征識別技術能夠把計算機技術、光學、聲學以及生物傳感器等高新技術結合在一起，應用人體具備的生理特征來驗證個人身份。人臉識別技術是生物特征識別領域當中的重要一部分。本文主要分析了基于嵌入式人臉識別系統的設計方案。

關鍵詞：嵌入式；人臉識別；系統設計；

身份認證我們每天都在經歷，例如說當我們登錄自己的電腦時，需要輸入自己的用戶名和用戶密碼來證明身份，當我們需要去銀行取錢時，也需要輸入自己的密碼來證明銀行卡是本人使用。甚至當我們拿起手機都需要登錄開鎖密碼來證明本人身份。一般傳統的認證方式都是用戶名和密碼，但是這種認證形式很容易讓人冒充，因此人臉識別技術的出現彌補了行業中相關產品的市場空白。

一、人臉圖像的提取和識別

一般人臉識別過程分為兩個階段，人臉檢測定位階段和人臉特征提取階段。這兩個不同的階段擁有很強的技術獨立性。相對來說人臉的檢測和定位階段比較簡單，需要深入研究的是人臉特征提取階段。在特征提取過程中需要根據不同人體的臉表特征，選擇不同的提取方式。

1.幾何特征提取方式

幾何特征提取方式比較常見，是根據人臉具備的拓撲結構幾何關系，基于結構方法提取出人臉面部體現出來的主要器官特點，然后利用這些特點形成幾何特征矢量，通過判斷特征適量的匹配程度來確定出身份。

2.代數特征提取方式

代數特征提取方式是把人的面部當成為二維的灰度變化模板，應用一系列標準的數據統計技巧，以及相關的代數變換，鋪捉到人臉的特征，這種代數特征方法運算起來比較復雜。

3.連接機制提取方法

這種連接機制提取方法是通過把神經網絡和彈性圖匹配方法相結合，利用人臉變形具有不變性的距離特點，把這種產生的不變形距離定義在三維空間當中，然后利用屬性拓撲圖來表示人臉，把人臉的定點位置附近信息記錄下來，形成彈性圖匹配形式。

二、人臉識別系統設計方案研究

嵌入式臉部識別系統的最大特點就是針對性比較強，這也是嵌入式臉部識別系統跟其他普通計算機系統存在的不同之處。人臉的檢測識別系統主要是軟件設施和硬件設施組合構成，這兩部分缺一不可。硬件系統負責搭建和構造出一個物理平臺，而軟件系統則需要在平臺的運行過程中進行人臉部的識別檢測計算。

1.人臉識別系統的硬件結構設計

人臉識別系統在設計過程中需要滿足人臉識別的功能需求，系統在運行過程匯總負責進行圖像的采集工作、圖像存儲工作、圖像識別工作、信息數據傳輸工作、人機接口設置以及系統維護工作。在設計過程中需要根據用戶需求慎重的選擇相關系統硬件。如下圖：

根據系統功能性需求硬件平臺中的攝像機要從攝像頭當中輸出模擬信號，USB總線負責接入嵌入式處理器當中，核心處理芯片負責進行初始化的數據采集以及數據處理，LCD觸摸屏則實現人機互動。ARM9處理器通過獲取的指令來控制系統操作。

2.處理器的選擇

ARM處理器是一種RISC微處理器開發技術，目前在很多手持設備以及多媒體技術方面，ARM技術已經成為了嵌入式解決方案的RISC標準選擇。ARM處理器的應用應用范圍包含有工業控制領域、網絡應用、無線通訊領域以及移動互聯網領域等，在3G發展領域比較突出的就是在3G手機上的應用。

3.攝像頭的選擇

在人臉識別系統搭建過程中必不可少的設備就是攝像頭，攝像頭能夠在系統的最前端，進行圖像視頻的采集工作。目前市場上具備的圖像采集攝像頭裝置種類比較多。在選擇過程中盡可能的選擇體積小、便于近距離圖像捕獲以及成像十分清晰的攝像頭品牌。

4.搭建開發環境

嵌入式系統資源受限，因此想要在硬件平臺的基礎上編寫軟件程序有一定困難，因此首先可以在通用計算機系統上編寫系統程序，把程序通過交叉編譯滯后從而產生二進制代碼，把這些代碼在嵌入式系統中運行使用，下載到平臺的特定位置上。這就是交叉平臺的開發環境，這也是嵌入式技術應用開發的重要特點。

5.系統流程

人臉檢測和人臉識別過程中需要涉及到大量的計算，需要借助第三方軟件來確保計算的準確性，降低開發難度。OpenCV是Intel公司建立的計算機視覺函數庫，能夠支持進行開源圖像處理，在實際的系統開發過程中通過使用這些函數，能夠有效簡化系統編程。例如說人臉識別系統中的人臉檢測環節，通過使用不同的函數來降低計算的難度，提升了人臉識別的效率。

結語：

加強對于嵌入式人臉識別系統軟件結構以及平臺運行特點的了解，通過各種實驗來提升人臉識別系統的識別精度以及識別效率，能夠有效促進人臉識別技術的推廣和應用。

參考文獻：

[1]楊晨旭. 基于ARM的嵌入式人臉識別系統設計研究[D].濟南大學，2017.

[2]劉光超. 基于嵌入式的人臉識別系統設計與實現[D].西安科技大學，2016.

[3]曹海青. 基于嵌入式的人臉識別系統設計[D].青島科技大學，2011.