基于HMM的嵌入式人臉識別系統研究

摘要：系統選用S3C2410A處理器作為硬件平臺，Linux操作系統作為軟件平臺，采用OV7640+OV511的結構實(shí)現圖像信息采集，使用基于V4L的方法編寫(xiě)圖像處理、檢測和識別程序，實(shí)現了快速、準確識別人臉的功能；并對相關(guān)浮點(diǎn)算法進(jìn)行了改進(jìn)，極大地提高了ARM處理器上圖像預處理的速度。采用基于隱馬爾可夫模型(HMM)的方法，簡(jiǎn)化了人臉檢測和識別的過(guò)程。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；HMM；ARM；人臉識別

0 引言
嵌入式人臉識別系統與傳統鑒別身份的系統相比具有很強的優(yōu)勢，無(wú)需特殊的采集設備，成本低廉，使用簡(jiǎn)單；同時(shí)，人臉識別不干擾使用者，不侵犯使用者的隱私，屬于非侵犯的主動(dòng)識別，易于為用戶(hù)所接受。
本文以嵌入式ARM9系統開(kāi)發(fā)為主線(xiàn)，以HMM模型為理論基礎，展示了完成圖像采集、人臉檢測與識別等功能相對應的硬件平臺和軟件模塊的設計及實(shí)現過(guò)程；并對圖像預處理的浮點(diǎn)算法做了優(yōu)化，極大提高了嵌入式系統的速度。
本系統軟件部分可直接應用于帶有Linux操作系統的智能手機中，利用手機以及內置的攝像頭，即可進(jìn)行個(gè)人面部特征數據分析，然后對比最初存儲的人臉信息庫，完成身份識別功能。

1 系統架構及其設計方案
本系統采用了Samsung推出的以ARM 920T RISC為內核的處理器——S3C2410A。其優(yōu)秀的處理性能理所當然地成為便攜式設備開(kāi)發(fā)的首選。同時(shí)為適應智能手機對視頻圖像采集的需求，系統采用了基于USB總線(xiàn)的視頻采集模塊，與串行傳輸相比極大地提高了數據的采集速率。本系統涉及到數字圖像的采集、處理、存儲、傳輸和HMM算法等多種技術(shù)。其系統架構如圖1所示。

2 圖像采集硬件設計
鑒于傳統CCD圖像傳感器昂貴的成本、相對復雜的附加電路和較高的功耗，本系統采用OmniVision公司的OV7640 CMOS芯片作為圖像傳感器。OV7640是一款低電壓(2．5 V)、高靈敏度的CMOS圖像傳感器。
實(shí)時(shí)采集存儲系統需要高速的數據傳輸，對系統硬件之問(wèn)的配合提出較高的要求。本系統設計中，在采集部分和傳輸部分之間配有相應的緩存區。實(shí)際中，采用OV7640及配套的芯片OV511擴展DRAM起緩存作用，實(shí)現將數字視頻圖像通過(guò)高速USB送入ARM處理器。OV511是一個(gè)專(zhuān)用的數字攝像IC的USB接口芯片。

3 圖像采集程序
本系統采用Linux做為操作系統平臺，操作系統的移植在此不做過(guò)多介紹。
Video4 Linux(簡(jiǎn)稱(chēng)V4L)是Linux中關(guān)于視頻設備的內核驅動(dòng)，它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數，這些視頻設備包括現今市場(chǎng)上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。Linux內核提供Video4Linux應用程序接口，在程序開(kāi)發(fā)時(shí)，首先是基于Video4Linux API函數來(lái)設計程序。