[發明專利]一種基于FPGA的人臉識別系統

在審

• 申請號: 201811404452.0
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109697408A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 王建民;黃毅穎;李述;李瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06N3/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，所述系統包括CCD攝像頭、視頻解碼芯片、FPGA、同步動態隨機存儲器、視頻DAC芯片、顯示器和數碼管；

FPGA包括解碼模塊、VGA控制器模塊、YUV轉化模塊、RGB轉化模塊、窗口裁剪模塊、卷積模塊、池化模塊、激活函數模塊和全連接層模塊；

CCD攝像頭用于采集待識別的人臉圖像數據并將所述圖像數據傳遞給視頻解碼芯片，通過視頻解碼芯片將所述圖像數據由模擬信號轉化為數字信號并將該數字信號輸出給FPGA的解碼模塊，FPGA通過I2C協議配置視頻解碼芯片的進行解碼；

將解碼模塊解碼后的YUV4：2：2格式的圖像數據傳輸到同步動態隨機存儲器中，同步動態隨機存儲器通過FPGA的數據選擇器進行解交織并將解交織后的結果傳遞給YUV轉化模塊以將YUV4：2：2格式轉化為YUV4：4：4格式，YUV轉化模塊將轉化結果再輸出給RGB轉化模塊，經RGB轉化模塊處理得到RGB格式的圖像數據分別輸出給VGA控制器模塊、窗口裁剪模塊，FPGA的VGA控制器模塊通過視頻DAC芯片將采集到的人臉圖像在顯示器中顯示；窗口裁剪模塊用于提取待識別區域內的圖像數據并依次傳遞給卷積模塊、池化模塊、激活函數模塊和全連接層模塊，通過數碼管顯示識別結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，所述視頻解碼芯片的型號為7181B，所述FPGA的型號為EP2C35F672C6，視頻DAC芯片的型號為7123。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，所述卷積模塊用于對28*28緩沖區內的數據進行卷積操作；

所述卷積模塊包含有8個大小為7*7的卷積核；每個卷積核構造有四個相同的乘加器和四個7*7卷積窗口緩沖區；

所述卷積模塊的卷積操作過程為：

滑移窗口數據采集：每個7*7卷積窗口緩沖區，用來存儲局部感受野內要進行卷積的灰度值，卷積核的數據和7*7大小的圖片對應位置的灰度值進行乘積得到49個乘積結果，將這49個結果求和即完成一次卷積；局部感受野在待識別區域上從左至右滑移直至待識別區域的最右側，然后局部感受野再向下移動一個像素點后回到待識別區域的最左側，再左至右滑移直至待識別區域的最右側，依次循環直至遍歷整個待識別區域；將滑移窗口內的灰度值循環傳遞給四個7*7卷積窗口緩沖區；

所述待識別區域為28*28的圖片，經過卷積操作得到22*22個卷積結果；

將滑移窗口內的數據傳遞給四個乘加器進行卷積運算得到卷積結果。

4.根據權利要求3所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，每個乘加器包括作為乘加器輸入端的至少49個乘法器和至少63個加法器構成的加法樹，49個乘法器的輸出結果作為加法樹的輸入；每個乘法器的輸入為滑移窗口內的灰度值和卷積核的參數，加法樹采用雙輸入加法器和級聯結構，每一級的輸出等于下一級的輸入，最終得到所有乘積結果的和。

5.根據權利要求4所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，所述池化模塊構造有2×2的池化層。

6.根據權利要求5所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，激活函數模塊采用ReLU激活函數。

7.根據權利要求6所述的一種基于FPGA的人臉識別系統，其特征在于，全連接層模塊內0至9對應的參數矩陣分別與經池化后輸出的結果相乘后求和得到十個人臉對應的識別得分，利用比較電路得出最大值，再將對應的神經元所代表的人臉編碼顯示到7段數碼管上。