طراحی و پیاده سازی سخت افزاری یک سیستم تشخیص صورت در تصویر

تشخیص محل صورت در تصاویر رنگی کاربردهای زیادی در رباتیک، سیستم های امنیتی و ارتباط ماشین و انسان دارد. در بخش اول این پایان نامه، الگوریتمی جهت تشخیص پیکسل های پوست ارائه می شود که نرخ تشخیص نسبتاً بالایی دارد. الگوریتم ابتدا نقاطی که با احتمال زیاد مربوط به پوست انسان هستند را استخراج می کند و سپس طی یک نفوذ دو مرحله ای، ماهیّت پیکسل های دیگر را (از نظر پوست بودن یا نبودن) تشخیص می دهد. همچنین یک تشخیص دهنده ی محل صورت طراحی شده است که ابتدا به کمک یک تشخیص دهنده ی پوست بخش زیادی از تصویر را از فرآیند پردازش حذف می کند (در حالت کلی). سپس مفهوم نقشه ی احتمالی معرفی می شود که با استفاده از آن، پنجره های فیلترنشده شامل صورت انسان تشخیص داده می شوند. ترکیب این مفهوم با بافت جدید lhp کارایی سیستم تشخیص محل چهره را افزایش داده است. برای پیاده سازی سخت افزاری، یک سیستم جدید، پرسرعت وکم هزینه معرفی می شود که با استفاده از آن الگوریتم های پردازش سیگنال (از جمله الگوریتم های پردازش تصویر) قابل پیاده سازی هستند. همچنین سیستم معرفی شده را می توان برای مقاصد دیگری مانند بازبینی بر روی چیب، استفاده از رایانه به عنوان یک حافظه ی خارجی نامحدود برای fpga با سرعت بالا، طراحی سیستم های نرم افزاری- سخت افزاری و مدل سازی سیستم های آنالوگ-دیجیتال استفاده کرد. این سیستم از دو واحد مرتبط نرم افزاری و سخت افزاری تشکیل شده است. در بخش نرم افزاری، یک هسته ی مدیریت اطلاعات طراحی شده است که دریافت اطلاعات (خام و پردازش شده) و ارسال آن به fpga را برعهده دارد. برای الگوریتم های پردازش تصویر، سیگنال موردنظر از دوربین متصل به رایانه دریافت و با استفاده از پروتکل udp به fpga فرستاده می شود. معماری طراحی شده در fpga نیز شامل سه بخش است. در بخش اول، جهت دریافت اطلاعات، یک بسته ی نسبتاً بهینه ی مبتنی بر پروتکل udp با معماری خط لوله ای طراحی شده است. با توجه به لزوم وجود یک حافظه ی پرسرعت و حجیم در پردازش بسیاری از سیگنال ها، از یک حافظه یddr3 با حجم یک گیگابیت استفاده می شود و به همین دلیل، بخش دوم طراحی مربوط به معماری است که انتقال پویای اطلاعات بین fpga و این حافظه ی خارج از آن را ممکن می سازد. بخش سوم سخت افزار، طراحی مستقیم الگوریتم موردنظر بر اساس ابزارها و شرایطی است که سیستم و مدار لازم می دارند. 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 می سازد. عملکرد صحیح سیستم از طریق نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی تأیید شده است.