[发明专利]一种人脸检测硬件加速方法、系统和设备

权利要求书

1.一种人脸检测硬件加速方法，其特征在于，所述人脸检测硬件加速方法包括：

第一步，连接在AXI总线上的嵌入式CPU从图像采集设备上实时获取待检测图像，由CPU进行灰度化，通过AXI总线将灰度图像数据发送给人脸检测硬件加速器；

第二步，硬件加速器的从端接口模块接收到数据后将灰度图像数据写入待检测图像缓存模块进行保存，供图像尺寸缩小模块和图像子窗口积分及平方积分模块使用；

第三步，图像尺寸缩小模块根据预先设置的缩小比例，按照最近邻采样算法，根据缩小后图像中像素的坐标，计算出缩小后图像中像素在原始待检测图像中的坐标，并生成RAM地址，从待检测图像缓存模块中读取像素灰度值，传送给图像子窗口平方积分图；

第四步，图像子窗口积分及平方积分模块接受缩小图像的像素，计算出子窗口的积分图和平方积分图，并由特殊的硬件结构同时实现滑窗操作，在填充20行图像像素之后，可以实现每个时钟周期输出一个子窗口的积分图及平方积分图；

第五步，标准化因数求解模块依据子窗口的积分图和平方积分图计算出子窗口的标准化因数，并将结果和对应的子窗口积分图以及子窗口的坐标和比例交给图像子窗口分类模块对子窗口进行分类；

第六步，图像子窗口分类模块使用基于Haar特征的Adaboost算法对图像子窗口进行分类，并将分类为人脸的窗口的坐标和尺寸信息发送到人脸窗口信息缓存模块进行缓存；

第七步，AXI从接口模块在CPU发出读取分类结果的命令之后，从人脸窗口信息缓存模块读取数据，传输给AXI Master，将结果存储到嵌入式系统的RAM中。

2.如权利要求1所述的人脸检测硬件加速方法，其特征在于，所述图像尺寸缩小模块采用最近邻插值算法，对存储在待检测图像缓存模块中的图像进行缩小，进行不同尺度的人脸检测；检测窗口的尺寸设置为20x20，图像缩小的比例设置为1.25，缩小后最小的图像尺寸应该要大于检测窗口的尺寸，则图像缩小的比例因子的个数为N，N满足以下关系：

min(图像宽度，图像高度)/1.25^N-1＜20＜min(图像宽度，图像高度)/1.25^N；

对于640x480像素图像，图像缩小的比例因子有15个，对图像缩小的比例因子采用2bit小数位定点化表示，所以15个比例因子分别为：0b00001.00，0b00001.01，0b00001.10，0b00010.00，0b00010.10，0b00011.00，0b00011.11，0b00100.11，0b00110.00，0b00111.10，0b01001.01，0b01011.11，0b01110.10，0b10010.01，0b10110.11；采用虚拟图像的方式直接从待检测图像缓存模块中直接读取所需坐标的图像灰度像素值，将原始图像按照某一比例缩小但并不实际存储的图像称为虚拟图像；根据不同的缩放比例因子，图像尺寸缩小模块依次生成对应比例下虚拟图像中左上角至右下角像素在待检测图像缓存模块中的RAM地址，读取相应的像素值传输给图像子窗口积分及平方积分模块。

3.如权利要求1所述的人脸检测硬件加速方法，其特征在于，所述人脸检测硬件加速方法采用寄存器阵列存储一个20x20子窗口的积分图，实现图像子窗口积分图的结构分为列和模块和积分模块，列和模块用于计算图像子窗口每一列的前缀和，积分模块利用每一列的前缀和计算子窗口的积分图。