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中国科学技术大学软件学院软件工程实践项目环节开题报告项 目 名 称： 基于人脸检测的智能教室控制系统 成 员 名 单： 张鹏 施旺旺 贾珅 李犇 导 师： 李春杰 工 程 领 域： 软件工程 研 究 方 向： 嵌入式系统设计 开 题 时 间： 2012年12月1日 中国科学技术大学软件学院填表日期：2012年12月5日一、 简况名称中文基于人脸检测的智能教室系统英文Auto Control System of Classroom Lighting System based on Face Detect项目组成员名单姓名学号项目中的分工签 章张鹏SA12226245摄像头采集图像及初步处理施旺旺SA12226250库函数移植及调试贾珅SA12226434QT接口及显示李犇SG12225004OpenCV核心算法设计中 英 文 摘 要本课题主要是针对目前高校教学楼教室的电能资源浪费严重，照明设备控制和教学管理不足的现状，设计了基于视频图像的教室智能灯控系统，以达到实现高校教室照明设备的合理使用，节约电能以及改善教学管理的目的。本系统集教室人数检测、教室光照度测量、教室灯光控制、无线传输、上位机监控软件平台于一体，达到了对教室状态的实时检测和对教室照明设备控制的目的，实现了自动化、智能化和节约话的目标。达到有人开灯、无人关灯、人多多开灯、人少少开灯的最终目标。This subject is aim to solve the serious energy waste of college teaching building classroom, lack of lighting equipment control and teaching management, Designing intelligent light control system based on the video image of the classroom in order to achieve the reasonable use of the college classroom lighting equipment, saving electrical energy as well as to improve the teaching management purposes.This system contains detection of the number of the classroom, illuminanci measurements, lighting control, wireless transmission, PC monitoring software platform to achieve real-time detection of the state of the classroom, achieving the purpose of the classroom lighting equipment control, automated control, intelligent and saving goals. Successfully achieved the target that turn on the lights when someone is in, no lights when nobody, and more lights when more people, less lights when less people.主题词主题词数量不多于三个，主题词之间空一格（英文用“/ ”分隔）中文灯光自动控制 人脸检测英文Auto control/lighting system/Face Detect二、选题依据1 阐述该选题的研究意义，或工程设计的价值和意义，国内外概况和发展趋势，选题的先进性和实用性，技术难度及工作量。1.1 研究意义 基于单片机的高校教室智能照明控制系统是一种集多种照明控制方式用软件将现代化数字控制技术和单片机技术集于一身的控制系统对开发软件和智能控制具有一定学术价值。1.2 国内外概述和发展趋势 目前国内大、中、小学校教室以及公共场合的照明灯具控制大多采用普通开关，需要聘用相关人员进行照明管理，这样不仅要支付相关费用，而且检查和控制的时间及工作量很大。由于大多数人节约意识淡薄，即使随手关灯、节约能源的宣传标志贴得再多，仍然收效甚微。如若采用计算机实施的教学区用电分时控制，仅解决了课余时间的长明灯现象，但在教学时间内不能解决不合理用电的浪费问题。例如，白天在室内照度很好的情况下开灯，教室内学生很少的情况下全部开启所有电灯。国外智能照明产品普遍价格过高，而且相关产品往往只是把智能照明作为其智能产品的子系统来运作，定位高端，应用范围也主要集中于智能小区、商业和家居等领域，因此容易造成曲高和寡的局势。1.3 选题的先进性和实用性先进性：利用智能理论知识,建立起基于基于ARM系统的教室节能智能控制系统。实用性：对教室、寝室、家庭、办公室等室内照明系统具有一定的应用价值对节约能源、智能控制具有实际意义。2 参考文献1 孔凡芝 张兴周 谢耀菊.基于Adaboost的人脸检测技术J.应用科技,2005(06)2 严云洋 郭志波 杨静宇.基于特征空间划分的AdaBoost人脸检测算法J.小型微型计算机系统,2007(11). 3 张翠萍 苏光大.人脸识别技术综述J.中国图象图形学报A2000(11) 4 LIENHART R MAYDT J. An Extended Set of Haar-like Features for Rapid Object Detection. 2002三、课题内容及具体方案一：系统工作流程系统运行时，自动从 USB 摄像头通过linux系统的V4L2接口得到YUV格式的帧，转换成 QImage 格式并实时显示在 LCD屏上，再将其转换成 IplImage 格式，利用 OpenCV 视觉库自带的 Haar Cascade Face Detector(也称为 Viola-Jones 方法)进行人脸检测，将人脸标出通过Qt显示到ARM板的显示屏上，通过图像中人脸位置的变化判断出人进出方向，据此控制教室开关达到合理利用资源、节约用电的需求。 图1：系统流程图二：核心算法人脸检测是一个研究已久的领域，考虑到这主要是工程项目，我们选用了OpenCV（Open Source Computer Vision Library） 这样一个成熟的计算机视觉库，该库提供了进行人脸检测的API，且经实验验证检测成功率较高。我们要用到的也是该库进行图像处理的基础数据结构为IplImage，其主要成员定义如下：typedef struct _IplImage int nSize; /* IplImage大小，=sizeof(IplImage)*/ int depth; /* 像素的位深度: IPL_DEPTH_8U, IPL_DEPTH_8S, IPL_DEPTH_16U,可支持 */ int dataOrder; /* 0 - 交叉存取颜色通道，对三通道RGB图像，像素存储顺序为BGR BGR BGR . BGR 1 - 分开的颜色通道，对三通道RGB图像，像素存储顺序为RRR.R GGG.G BBB.B cvCreateImage只能创建交叉存取图像 */ int width; /* 图像宽像素数 */ int height; /* 图像高像素数*/ struct _IplImage *maskROI; /* 在 OpenCV中必须置NULL */ int imageSize; /* 图像数据大小(在交叉存取格式下imageSize=image-height*image-widthStep），单位字节*/ char *imageData; /* 指向排列的图像数据 */ int widthStep; /* 排列的图像行大小，以字节为单位 */ IplImage;多分类器级联结构是很多强分类器的组合，它是一种由粗到细的结构，其中每一层是 AdaBoost 算法训练得到的一个强分类器，都经过阈值调整，使得每一层能让全部正例样本通过，而拒绝很大一部分非人脸样本。使用 OpenCV 中的检测器自带的一个 XML 文件执行检测。三：摄像头采集模块V4L2（video for linux 2）是V4L2较V4L有较大的改动，并已成为2.6的标准接口，函盖videodvbFM.，多数驱动都在向V4l2迁移。V4L2采用流水线的方式，操作更简单直观，基本遵循打开视频设备、设置格式、处理数据、关闭设备，更多的具体操作通过ioctl函数： 摄像头工作流程如下图所示： 图2：摄像头工作流程图四：QT图像显示接口我们将使用QtE-4.7.0和Qtopia4(Qt-Extended-4.4.3)，用来制作开发板的可触屏界面。目前QtE的版本有达到QtE-6.0.1，我采用QtE-4.7.0，一方面是Tiny6410支持QtE-4.7.0，并且为我们提供了相关的文件和信息；另一方面，该版本Qt能很好的满足我们的需求，比较通用，适用于工程项目，如果遇到问题，可以很快在通过丰富的网络资源或者宽阔的信息途径得到好的解决。.界面里面主要实现以下几种功能：显示图像功能、显示人脸数目功能、控制和功能按键功能。显示图像功能：能够实时显示出摄像头传送回来的图像，并且可以用红色圆圈画出图像中检测到的人脸，相当于一个动态显示检测人脸的显示器。显示人脸数目功能：传送回来的图像以数据流的形式传入开发板中，每个时钟周期，系统要检测一个帧，利用人脸检测方法可以记录下人脸的个数。可以将人脸的个数显示出来，方便调节其它功能。控制和功能按键功能：包括菜单切换、选择是否开始检查人数、选择是否执行开关灯等。四、工作进度的大致安排2012.092012.10 了解该设计的研究意义、现状和成果，阅读参考文献，了解硬件的组成和功能。2012.102012.11 现有硬件平台熟悉，掌握现有平台的开发环境程序流程。2012.112012.12 分析拟采用的开发方法和测试方案，并完成开题答辩。2012.122013.02 代码实现。2013.022013.03 上位机测试软件编程。2013.032013.04 通用驱动程序编写和典型应用软件开发，对系统进行测试并完善。2013.042013.