一种基于fpga的实时人脸检测系统设计

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1、一种基于FPGA的实时人脸检测系统设计TheDesignofaReal-timeFaceDetectionSystemBasedonFPGA肖柏清XIAOBo-qing;宋学瑞SONGXue-rui(中南大学，长沙410083)(CentralSouthUniversity,Changsha410083，China)摘要：针对ReinLienHsu提出的加入亮度补偿后的椭圆肤色模型在亮度较高和较低的区域容易误判的问题，提出了根据亮度值来分段选择椭圆长短半轴参数值的改进方法，MATLAB实验仿真表明改进后的算法比原始椭圆模型算法其有更高的适用性和准确性，搭建的FPGA系统能够满足人脸的实时检

2、测需求。Abstract:InordertosolvetheproblemofmiscalculationinthehighandlowbrightnessareasgeneratedbytheellipticalskinmodelwhichisproposedbyReinLienHsu,thispaperproposedaimprovedmethodbychoosingthevalueoflongandshortellipticalhalfshaftaccordingtothebrightnessvalue.MATLABSimulationexperimentsshowthatthisi

3、mprovedalgorithmhashigherapplicabilityandaccuracythantheoriginalellipsemodelalgorithm,alsothedesignedsystembasedonFPGAcouldmeettheneedofreal-timefacedetection.关键词：人脸；肤色；YCbCr；楠圆模型；FPGAKeywords:face；skincolour；YCbCr；ellipsemode；FPGA中图分类号：TP311.1文献标识码:A文章编号：1006-4311(2014)13-0201-020引言在实际的应用系统中，为了实现

4、快速的人脸定位识别跟踪等处理，需要在一副含有人脸的视频图像中尽可能地准确、快速地找到人脸所在IX域，交给后续模块进行处理。为了提高人脸检测的速度，人们常常利用肤色的颜色统计特征来对视频图像进行分割，将可能含有人脸的区域快速地从背景中分离出来，再利用人脸的几何分布特征等信息来准确地找到人脸所在位置［1-3］。随着技术的进步，FPGA在价格不断下降的同吋，性能得到显著地提高，用FPGA做实时图像处理，由于可编程逻辑的大容量、灵活性，强大的并行处理能力，速度可以比一般的数字信号处理芯片快，可以实现SOPC（片上可编程系统），越来越多的研究人员开始致力于利用FPGA来做视频图像开发。1人脸分割算法

5、介绍1.1YCbCr颜色空间为了研究的方便，常采用亮度和色度分幵的YCbCr颜色空间来建立肤色的色彩模型。图像的YCbCr值可以通过对RGB做如下运算得到，即：Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16Cb=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128Cr=0.439*R-0.368*G-0.071*B+128其中丫表示像素的亮度信息，Cb、Cr值分别表示像素的蓝色色差值和红色色差值［3】。1.2肤色的YCbCr色彩模型在YCbCr空间中，人们通过研究发现，肤色分布具有其内在的统计规律，并据此提出了三种重要的肤色分布模型。1.4Matlab实验仿真与结果分析图1为

6、输入的原始彩色人脸图像；图2、图3分别为ReinLienHsu提出的基于YCW空间的椭圆模型和本文提出的改进后的椭圆模型进行分割得到的图像。对比两幅二值化图像，从中可以清楚地看出，在额头和两侧颧骨及耳尖等部分亮度相对较高的区域固定参数椭圆模型将肤色区域误判为非肤色区域（表现为黑色），但经本文提出的改进后，误判区域较原始椭圆模型明显减少。2人脸检测系统的FPGA设计2.1系统整体设计本系统主要实现对模拟标清视频图像进行快速人脸检测，将检测到的人脸区域进行马赛克处理后通过显示器同步显示。系统的整体设计框图如图4所示。ADV7181用于A/D转换和串并转换，将模拟视频图像变为符合ITU-RBT.

7、656标准的8位数字信号送入FPGA进行处理。SDRAM用于存储采集到的帧图像数据，ADV7123用于将前面FPGA处理后的数字图像信息转换为模拟电信号后送至显示器进行显示。2.2FPGA内部模块设计整个系统设计的核心在于FPGA内部算法模块的设计，它需要完成包括信号预处理、存储器SDRAM缓冲控制、颜色空间转换、二值化分割、人脸筛选定位、马赛克处理和VGA控制等功能，整个处理的流程模块图如图5所示。3实验结果及分析连接