人臉識別會(huì )議簽到的嵌入式系統設計

摘要：為了解決傳統會(huì )議簽到問(wèn)題，利用S5PV210與CC2530、攝像頭、按鍵、液晶顯示屏等硬件設備設計了一種人臉識別會(huì )議簽到硬件終端。在定義的通信協(xié)議的基礎上，采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出了下位機與上位機間進(jìn)行數據傳輸的程序。利用QT編制了人臉識別會(huì )議簽到終端控制系統軟件，重點(diǎn)研究了基于PCA算法的人臉識別實(shí)現、QT與CC2530的串口通信、ZigBee組網(wǎng)的數據傳輸。實(shí)驗結果表明：基于PCA算法的人臉識別穩定可靠、上位機軟件操作方便，ZigBee無(wú)線(xiàn)通信穩定，軟硬件設計達到了預期的功能和要求。

引言

人臉識別，特指利用分析比較人臉視覺(jué)特征信息進(jìn)行身份鑒別的計算機技術(shù)。人臉識別是一項熱門(mén)的計算機技術(shù)研究領(lǐng)域，它屬于生物特征識別技術(shù)，是對生物體(一般特指人)本身的生物特征來(lái)區分生物體個(gè)體。

很多由政府部門(mén)組織召開(kāi)的大型會(huì )議的簽到工作仍然采用傳統的手工簽到的方式：會(huì )務(wù)組工作人員手里拿著(zhù)參會(huì )代表的名單，參會(huì )代表報到時(shí)，工作人員根據代表提供的信息查找名冊。這種報到方式存在很多不方便的地方，首先代表報到的時(shí)間長(cháng)，容易造成擁擠，要解決這個(gè)問(wèn)題就得增加工作人員，把代表按地區或行業(yè)分類(lèi)，這樣就會(huì )增加會(huì )議的人力和財力投入。

本文所設計的基于PCA算法的人臉識別會(huì )議簽到系統正是為了解決這些問(wèn)題而設計的，與會(huì )人員只需要站在攝像頭前，系統識別出后會(huì )在窗口顯示出與會(huì )人員姓名，并且將會(huì )議簽到信息自動(dòng)保存到sqlite數據庫文件中，同時(shí)將會(huì )議簽到信息通過(guò)ZigBee以單播的方式發(fā)送到上位機，以方便會(huì )議管理人員查看。

1 系統方案論述

本文提出了基于PCA算法的會(huì )議簽到系統，會(huì )議簽到系統包含人臉識別會(huì )議簽到終端和上位機軟件，其具體要求與功能為：人臉識別會(huì )議簽到終端要求具有人臉檢測和人臉識別的能力，人臉檢測利用OpenCV庫中Adaboost算法進(jìn)行人臉檢測，人臉識別采用PCA算法。人臉識別會(huì )議簽到終端系統同時(shí)具有通過(guò)CC2530無(wú)線(xiàn)模塊往上位機發(fā)送會(huì )議簽到數據的能力。在ZigBee網(wǎng)絡(luò )中，協(xié)調器的網(wǎng)絡(luò )地址是固定的，所以CC25 30采用單播方式將人臉識別成功后的會(huì )議簽到數據發(fā)送到上位機。通過(guò)這種方法，就可以有效減少會(huì )議組織人員的工作量，并且使用成本低、能夠重復利用。

2 系統設計

人臉識別會(huì )議簽到終端運行Linux系統，運行于PC的上位機和人臉識別會(huì )議簽到終端的應用程序都是利用QT開(kāi)發(fā)。完整的基于PCA算法的人臉識別會(huì )議簽到終端包括：USB攝像頭、通信總線(xiàn)、液晶屏、按鍵組、S5PV210主控芯片、CC2530無(wú)線(xiàn)芯片等。人臉識別會(huì )議簽到系統是集軟硬件為一體的專(zhuān)用與會(huì )人員身份識別系統。它通過(guò)USB接口接入人臉識別系統，為終端提供與會(huì )人員身份認證服務(wù)?；赒T開(kāi)發(fā)的應用程序通過(guò)攝像頭模塊完成對人臉數據采集的操作，將獲取的數據與數據庫中存儲的人臉數據進(jìn)行對比。人臉識別會(huì )議簽到硬件終端系統組成如圖1所示。

2.1 硬件設計

人臉識別會(huì )議簽到硬件終端采用核心板加底板的模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，核心板采用天嵌科技的TQ210核心板，自主設計底板，底板設計主要包括LCD接口電路、USB攝像頭接口電路、串口電路、核心板接口電路、復位電路、電源電路等。

核心板以SSPV210為核心芯片，應用于整個(gè)硬件終端的控制。S5PV210采用了ARMCortex-A8內核，ARM V7指令集，主頻可達1 GHz，具有64/32位內部總線(xiàn)結構，可以實(shí)現2 000 DMIPS(每秒運算2億條指令集)的高性能運算能力?；贑0rtex-A8內核的處理器在進(jìn)行人機交互設備管理、支持OS等方面擁有比較明顯的優(yōu)勢。

2.1.1 USB攝像頭電路設計

本系統所采用的攝像頭是UVC(USB Video Class)，只需要標準的USB接口就可以使用，USB攝像頭驅動(dòng)采用V4L2(Video 4 Linux 2)驅動(dòng)。USB電路如圖2所示。

2.1.2 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸模塊

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據這個(gè)協(xié)議規定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本，主要適合用于自動(dòng)控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通信技術(shù)。

一個(gè)完整的ZigBee系統需要至少一個(gè)協(xié)調器，一個(gè)或多個(gè)路由器以及許多個(gè)終端節點(diǎn)組成，這樣才能完成網(wǎng)絡(luò )的搭建，路徑的分配和數據的采集及分配任務(wù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò )根據實(shí)際組網(wǎng)的需要可以組成星型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和簇狀網(wǎng)這三種拓撲結構，基于PCA算法的人臉識別會(huì )議簽到系統采用的是星型網(wǎng)絡(luò )，因為協(xié)調器在網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)絡(luò )地址是固定的，人臉識別會(huì )議簽到終端往上位機發(fā)送數據采用單播的方式，上位機往下位機發(fā)送數據采用廣播的方式。

本文采用的ZigBee芯片是CC2530，ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊和會(huì )議簽到終端通過(guò)串口連接。連接于PC端的ZigBee模塊作為協(xié)調器，連接于會(huì )議簽到終端的ZigBee模塊作為終端設備節點(diǎn)，ZigBee模塊原理圖如圖3所示。

2.2 簽到終端軟件設計

2.2.1 系統工作流程

在本系統進(jìn)行人臉數據采集時(shí)，首先自動(dòng)從USB攝像頭獲取YUV格式的圖片，轉換成QImage格式并實(shí)時(shí)顯示在LCD屏上，再將其轉換成Ipl Image格式，利用OpenCV的Haar Cascade Face Detector(也稱(chēng)為Viola Jones方法)進(jìn)行人臉檢測，得到一個(gè)矩形區域。截取該矩形區域圖像進(jìn)行直方圖均衡化處理，進(jìn)行訓練或識別。當利用PCA算法進(jìn)行人臉識別時(shí)，識別成功后首先會(huì )在LCD上顯示出姓名，同時(shí)也會(huì )把姓名信息通過(guò)ZigBee發(fā)送到上位機。