[发明专利]一种人脸检测硬件加速方法、系统和设备

说明书

本发明属于计算机视觉技术领域，公开了一种人脸检测硬件加速方法、系统和设备，包括AXI从端接口模块、待检测图像缓存模块、图像尺寸缩小模块、图像子窗口积分及平方积分模块、标准化因数求解模块、图像子窗口分类模块、人脸窗口信息缓存模块。本发明基于硬件描述语言设计，可应用于FPGA上，具有开发成本低、开发周期短、可配置性高等优点；减少了数据处理的等待时间，提高了人脸检测的实时性；采用特殊的加速结构，在填充一定量的数据之后，可以在一个时钟周期内生成20*20子窗口的积分图和平方积分图，减少了后续处理过程的等待时间。本发明实现低成本嵌入式SOC系统也能够进行实时人脸检测的需求。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，尤其涉及一种人脸检测硬件加速方法、系统和设备。

背景技术

目前，人脸检测是完成人脸识别、表情识别、人脸跟踪等基于人脸图像信息处理的基础，随着人脸识别在各种安全领域的视频监控和身份识别系统的广泛应用，需要进行人脸检测的场景越来越多，使用嵌入式设备进行人脸检测的需求越来越多。能够满足实时人脸检测要求的高性能嵌入式设备成本相对较高，而低成本的嵌入式平台计算能力有限，在采用纯软件处理人脸检测这类计算复杂度高、存取数据量大的算法时，无法实现实时处理。因此在嵌入式SOC平台中增加人脸检测硬件加速结构，是解决低成本嵌入式系统无法实时人脸检测的有效方法之一。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有满足实时人脸检测要求的高性能嵌入式设备成本相对较高，而低成本的嵌入式平台计算能力有限。

(2)现有在采用纯软件处理人脸检测这类计算复杂度高、存取数据量大的算法时，无法实现实时处理。

解决以上问题及缺陷的难度在于如何以低成本的嵌入式设备实现高性能的人脸检测功能。解决以上问题及缺陷的意义为：

在嵌入式SOC系统中加入人脸检测硬件加速器可以以更低的成本、更低的功耗、更高的性能实现人脸检测功能，扩大基于人脸检测功能的系统的适用范围，为人脸识别系统的低成本应用场景提供基础，具有很高的实际工程应用价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种人脸检测硬件加速方法、系统和设备。

本发明是这样实现的，一种人脸检测硬件加速方法，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；