طراحی و پیاده‌سازی سخت‌افزاری یک سیستم تشخیص صورت در تصویر

STUDENT

DEGREE

YEAR

Face detection has numerous applications in robotics, surveillance systems and human computer interaction (HCI). In the first part of this thesis, a skin detection algorithm is proposed which has a remarkable detection rate. The algorithm first conservatively extracts the initial seed; the points which are related to human skin with high probability. Then other skin pixels are extracted in a multi-step multi-feature diffusion method. In addition, a face detection algorithm is designed which uses the color information of the image in a skin left; MARGIN: 0cm 0cm 0pt" dir=rtl align=right Keywords: 1 - Skin detection 2-Face Detection 3- Hardware implementation 4- FPGA

تشخیص محل صورت در تصاویر رنگی کاربردهای زیادی در رباتیک، سیستم‌های امنیتی و ارتباط ماشین و انسان دارد. در بخش اول این پایان‌نامه، الگوریتمی جهت تشخیص پیکسل‌های پوست ارائه می‌شود که نرخ تشخیص نسبتاً بالایی دارد. الگوریتم ابتدا نقاطی‌که با احتمال زیاد مربوط به پوست انسان هستند را استخراج می‌کند و سپس طی یک نفوذ دو‌مرحله‌ای، ماهیّت پیکسل‌های دیگر را (از نظر پوست‌بودن یا نبودن) تشخیص می‌دهد. همچنین یک تشخیص‌دهنده‌ی محل صورت طراحی شده است که ابتدا به کمک یک تشخیص دهنده‌ی پوست بخش زیادی از تصویر را از فرآیند پردازش حذف می‌کند (در حالت کلی). سپس مفهوم نقشه‌ی احتمالی معرفی می‌شود که با استفاده از آن، پنجره‌های فیلترنشده‌ شامل صورت انسان تشخیص داده می‌شوند. ترکیب این مفهوم با بافت جدید LHP کارایی سیستم تشخیص محل چهره را افزایش داده است. برای پیاده‌سازی سخت‌افزاری، یک سیستم جدید، پرسرعت وکم‌هزینه معرفی می‌شود که با استفاده از آن الگوریتم‌های پردازش سیگنال (از جمله الگوریتم‌های پردازش تصویر) قابل پیاده‌سازی هستند. همچنین سیستم معرفی‌شده را می توان برای مقاصد دیگری مانند بازبینی بر‌روی چیب، استفاده از رایانه به عنوان یک حافظه‌ی خارجی نامحدود برای FPGA با سرعت بالا، طراحی سیستم‌های نرم‌افزاری-‌‌سخت‌افزاری و مدل‌سازی سیستم‌های آنالوگ-دیجیتال استفاده کرد. این سیستم از دو واحد مرتبط نرم‌افزاری و سخت‌افزاری تشکیل شده است. در بخش نرم‌افزاری، یک هسته‌ی مدیریت اطلاعات طراحی شده است که دریافت اطلاعات (خام و پردازش‌شده) و ارسال آن به FPGA را برعهده دارد. برای الگوریتم‌های پردازش تصویر، سیگنال موردنظر از دوربین متصل به رایانه دریافت و با استفاده از پروتکل UDP به FPGA فرستاده می‌شود. معماری طراحی شده در FPGA نیز شامل سه بخش است. در بخش اول، جهت دریافت اطلاعات، یک بسته‌ی نسبتاً بهینه‌ی مبتنی بر پروتکل UDP با معماری خط لوله‌ای طراحی شده است. با توجه به لزوم وجود یک حافظه‌ی پرسرعت و حجیم در پردازش بسیاری از سیگنال‌ها، از یک حافظه‌یDDR3 با حجم یک گیگابیت استفاده می‌شود و به همین دلیل، بخش دوم طراحی مربوط به معماری است که انتقال پویای اطلاعات بین FPGA و این حافظه‌ی خارج از آن را ممکن می‌سازد. بخش سوم سخت‌افزار، طراحی مستقیم الگوریتم موردنظر بر اساس ابزارها و شرایطی است که سیستم و مدار لازم می‌دارند. بر اساس این سیستم، یک الگوریتم تشخیص پوست و یک الگوریتم تشخیص حرکت طراحی شده است که امکان پردازش تصاویر بصورت بلادرنگ در آن با نرخ تشخیص قابل قبولی وجود دارد و امکان تشخیص صورت توسط اطلاعات بدست آمده را فراهم می‌سازد. عملکرد صحیح سیستم از طریق نتایج شبیه‌سازی و پیاده‌سازی عملی تأیید شده است. کلمات کلیدی: 1- تشخیص پوست 2- تشخیص صورت 3- پیاده‌سازی سخت‌افزاری 4- FPGA