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人臉識(shí)別中光照補(bǔ)償方法的研究及FPGA實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2018-07-13 18:43
【摘要】:人類主要依賴視覺(jué)系統(tǒng)獲取外界信息,一旦視覺(jué)通路發(fā)生病變或者損傷就會(huì)導(dǎo)致人類視力的衰弱甚至失明,作為一種新型的輔助設(shè)備,視覺(jué)假體能夠通過(guò)電刺激視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)使患者產(chǎn)生光幻視,幫助盲人重見(jiàn)光明。在視覺(jué)假體的輔助下,盲人是可以完成日常生活中的人臉識(shí)別任務(wù)的,然而在實(shí)際應(yīng)用中復(fù)雜的光照變化會(huì)導(dǎo)致人臉識(shí)別率的下降,因此對(duì)光照變化下的人臉圖像進(jìn)行光照補(bǔ)償具有很重要的意義。本文針對(duì)單尺度Retinex算法的光暈缺陷,從硬件實(shí)現(xiàn)的角度上提出了改進(jìn)的基于雙邊濾波的單尺度Retinex算法。在用雙邊濾波對(duì)圖像的光照分量進(jìn)行估計(jì)的基礎(chǔ)上,對(duì)對(duì)數(shù)域中圖像反射分量進(jìn)行自適應(yīng)亮度調(diào)整。通過(guò)將經(jīng)典的單尺度Retinex算法(SSR)、多尺度Retinex算法(MSR)、基于雙邊濾波的SSR算法和本文改進(jìn)算法進(jìn)行MATLAB仿真。試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)算法能夠有效地消除各種條件下的光照影響,具有較好的光照魯棒性,并且與經(jīng)典的MSR算法相比亮度提升了 26%,對(duì)比度提升了 23%,在ExtendedYaleB人臉庫(kù)上的平均人臉識(shí)別率較經(jīng)典的Retinex算法提升了 13%,在人臉識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很強(qiáng)的適用性。本文完成了光照補(bǔ)償算法的FPGA硬件實(shí)現(xiàn),并利用ModelSim對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了功能仿真。然后在DE2-115開(kāi)發(fā)板上搭建相關(guān)硬件平臺(tái)對(duì)算法進(jìn)行了功能性驗(yàn)證。為了直觀地驗(yàn)證算法對(duì)不同圖像的處理效果,本文通過(guò)串口輸入數(shù)據(jù)到算法處理模塊,并用VGA顯示處理后的圖像。同時(shí)通過(guò)SignalTap Ⅱ捕獲算法處理的圖像數(shù)據(jù)與matlab的軟件結(jié)果對(duì)比。最終硬件驗(yàn)證結(jié)果表明,本文提出的算法在硬件上取得了與軟件相同的處理效果,能夠在消除圖像光照影響的同時(shí),顯現(xiàn)增強(qiáng)人臉暗部區(qū)域的輪廓細(xì)節(jié)。
[Abstract]:People rely mainly on the visual system to obtain external information. Once the visual pathway changes or damages, it will lead to human vision decline or even blindness, as a new type of auxiliary equipment. Visual prostheses can help blind people rediscover light by electrical stimulation of the visual nervous system. With the aid of visual prosthesis, blind people can complete the task of face recognition in daily life. However, in practical applications, complicated illumination changes will lead to the decline of face recognition rate. Therefore, it is very important to compensate face images with illumination. Aiming at the halo defect of single-scale Retinex algorithm, an improved single-scale Retinex algorithm based on bilateral filtering is proposed from the point of view of hardware implementation. On the basis of estimating the illumination component of the image by using bilateral filtering, the image reflection component in logarithmic domain is adjusted adaptively. The classical single-scale Retinex algorithm (SSR), the multi-scale Retinex algorithm (MSR), the two-sided filter based SSR algorithm and the improved algorithm are simulated in MATLAB. The experimental results show that the improved algorithm can effectively eliminate the illumination effect under various conditions, and has better illumination robustness. Compared with the classical MSR algorithm, the brightness and contrast are improved by 26% and 23% respectively. The average face recognition rate in extended YaleB face database is 13% higher than that in the classical Retinex algorithm. It has strong applicability in the application of face recognition system. In this paper, FPGA hardware implementation of illumination compensation algorithm is completed, and each module is simulated by ModelSim. Then build the related hardware platform on the DE2-115 development board to verify the function of the algorithm. In order to intuitively verify the processing effect of the algorithm to different images, this paper input data into the algorithm processing module through serial port, and display the processed image with VGA. At the same time, the image data processed by signal Tap II acquisition algorithm is compared with the results of matlab software. Finally, the hardware verification results show that the proposed algorithm achieves the same processing effect as the software in hardware, which can eliminate the influence of image illumination and show the contour details of the enhanced dark area of the face at the same time.
【學(xué)位授予單位】:西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號(hào)】:TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2120391

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