[發明專利]一種嵌入式活體人臉跟蹤系統

有效

• 申請號: 201810514930.7
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108764126B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 馬宏賓;宋利;李詩琦
• 申請（專利權）人: 鄭州目盼智能科技有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 鄭州翊博專利代理事務所(普通合伙) 41155
• 代理人: 張擎

1.一種嵌入式活體人臉跟蹤系統，嵌入式人臉跟蹤系統包括攝像頭模塊、顯示模塊、處理器模塊以及通信模塊，攝像頭模塊通過GPIO接口與處理器模塊連接，顯示模塊通過LCD顯示器接口與處理器模塊連接，通信模塊通過串口與處理器模塊連接，其特征在于：它包括人臉活體紋理特征識別、支持向量機訓練和人臉活體檢測單元，包括以下步驟：

A、人臉活體紋理特征識別單元：

獲取裁剪好的人臉圖像，在一個以中心像素為圓心，半徑大于一個像素的圓上均勻取點，選定一個閾值TH，將像素取值范圍等分為三部分，將取樣點的像素值與中心像素值進行比較，根據閾值的選取將比較結果記為1，0或-1，如果取樣點的像素值大于中心像素值與TH的和，則結果記為1；如果取樣點的像素值小于中心像素值與TH的差，則結果記為-1，否則結果記為0；

以順時針或逆時針將鄰域內所有取樣點的像素值的比較結果排成一個偽二進制數a，并將偽二進制數a轉為標準十進制數作為中心像素點的特征數s；

對于圖像某一通道中所有具有該鄰域的像素點提取上述特征數，并將偽二進制數相鄰兩位之間跳變次數T大于閾值的特征數歸一化為該類中最小的正數9，即將T大于9的像素對應像素值設定為9，跳變次數的計算方法為：

（1）

其中不等號為邏輯計算符號，若兩邊的值相等則計算結果為0，否則為1；

對該通道中所有特征數的出現頻率進行統計，統計結果作為區分真偽人臉的特征向量，統計歸一化后矩陣中各數值出現的次數，除以矩陣中元素的總數64×64即為其出現的頻率，所有的頻率按矩陣中數值從小到大的順序排成一列，即為最終人臉圖像紋理特征的特征向量；

B、支持向量機訓練單元：

利用上述紋理特征提取方法提取紅色通道與綠色通道的紋理特征，將紅色通道的提取結果以及兩通道提取結果的差作為特征向量，得到的特征向量放入一個特征矩陣中，使得矩陣的每一列為一個特征向量；

創建另一個標簽矩陣，標簽矩陣與特征矩陣的列數相同，行數為1，其中的元素有0和1兩種，0代表特征矩陣中對應列的人臉為偽體，1代表特征矩陣中對應列的人臉為活體；

將標簽矩陣和特征矩陣作為輸入放入線性支持向量機中進行訓練，得到一個XML文件作為訓練結果；

C、人臉活體檢測單元：

從嵌入式人臉跟蹤系統的攝像頭獲取一張當前圖片，對當前圖片進行人臉檢測，判斷每個人臉是否已經被活體或者偽體跟蹤模塊跟蹤，若未被跟蹤，則利用上述紋理特征提取方法提取當前人臉的紋理特征，輸入訓練好的支持向量機進行活體預測，輸出結果有0和1兩種，0表示判斷為偽體，1表示判斷為活體；若判斷為活體，則加入活體跟蹤模塊，否則加入偽體跟蹤模塊，并通過蜂鳴器提醒安防人員；若所有的人臉均已被跟蹤，則不采取動作。

2.根據權利要求1所述的一種嵌入式活體人臉跟蹤系統，其特征在于：所述人臉活體檢測單元根據活體跟蹤模塊和偽體跟蹤模塊傳回的人臉位置在原始圖像中分別標記出人臉的位置，其中偽體跟蹤模塊獲得的位置用高亮的顏色標出；將標記后的圖像傳入Qt的圖像槽中顯示，LCD顯示屏上就會出現當前獲取的圖像以及圖像上不同性質的人臉對應目標的位置。

3.根據權利要求1或2所述的一種嵌入式活體人臉跟蹤系統，其特征在于：所述人臉活體紋理特征識別單元中，獲取裁剪好的人臉圖像，在一個以中心像素為圓心，半徑為2個像素的圓上均勻取點；閾值TH為60-80。

4.根據權利要求3所述的一種嵌入式活體人臉跟蹤系統，其特征在于：所述嵌入式人臉跟蹤系統在使用時首先搭建Linux系統下的交叉編譯環境，采用友善之臂公司的arm-cortexa9-linux-gnueabihf-4.9.3工具鏈，利用Cmake工具編譯32位動態鏈接庫.so和.a，采用C/C++編程語言實現多線程單目標或多目標跟蹤方法，交叉編譯工具編譯的32位可執行程序，利用可移動介質或無線通訊方法將編譯好的庫移植到嵌入式系統中，在嵌入式系統的開機啟動項中設置開機自動運行該程序；算法采用像素級的PICO人臉檢測方法；接通電源后系統將自動啟動32位可執行程序，自檢和啟動系統中預設定的參數及攝像頭，確定無誤后創建Qt app以及Qt定時器對象，定時器控制整個系統運行的速度，定時周期設定為毫秒級，每當定時器發出信號就進行一次實時的人臉跟蹤。

5.根據權利要求4所述的一種嵌入式活體人臉跟蹤系統，其特征在于：所述嵌入式人臉跟蹤系統在人臉跟蹤過程中，攝像頭模塊進行一次圖像采集，將結果傳入程序中的圖像變量以后，通過雙線性插值的方法將原始圖像放縮為64×64的圖像，提高了人臉檢測速度。