基于机器人场景交互的人脸识别系统的设计与实现

摘要

眼下，正是一个智能机器人爆发的时代，无论是工业机器人还是特种机器人、家用机器人，机器人时代到来正带给现代社会和现代人各种惊喜。对于现代社会中忙碌于工作的年轻父母们而言，他们利用机器人为孩子提供更好陪伴的梦想也正在变得触手可及。基于机器人场景交互的人脸识别系统是儿童教育机器人的一个重要模块，目的是让机器人识别不同的人物角色，从而有目的进行交互，使得机器人更加智能化，更容易融入到人们的生活场景中。
　　基于机器人场景交互的人脸识别系统是应用在人们生活的具体场景之中。生活场景是丰富多样的，所以要想让机器人自然的融入人类的生活场景中，需要尽可能的丰富其场景处理能力。这个问题需要从两个方面来解决，一方面可以尽量多的增加场景逻辑，考虑到生活中尽可能多的场景;另一方面，提高场景的适用性，用少量的场景逻辑来处理现实中多个场景。
　　本文使用人脸识别相关技术，来实现机器入场景化中的认识新朋友和与好朋友打招呼两个场景。
　　首先，本文介绍了系统的实际应用背景和人脸识别在系统中的应用。同时，也介绍了人脸识别的相关背景和国内外的发展现状。其次，结合系统的业务需求，确定了系统的总体架构和模块划分，以及各个模块之间的交互流程。最后，本文详细阐述了基于机器人场景交互的人脸识别系统的实现过程，该部分是本文的重点。
　　本文的创新点包括以下几个方面:首先，本文将人脸识别算法应用在机器人与人类实际交互的场景中，具有实际的应用意义;其次，在特征提取的算法中，将CNN结构的倒数第二层全连接层的结果作为人脸的特征保存，这种方法不仅保留了CNN的识别准确度，又提高了特征提取的效率;最后，将场景化实现与视觉算法实现分离，提高了系统的可扩展性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 项目背景与特点

1．2 行业潜在问题

1．3 国内外发展现状

1．3．1 人脸识别研究发展

1．3．2 人脸识别应用现状

1．4 项目概述与项目目标

1．4．1 基于机器人场景交互的人脸识别系统概述

1．4．2 基于机器人场景交互的人脸识别系统目标

1．5 研究过程与论文结构

1．5．1 研究过程

1．5．2 论文结构

1．6 本章小结

2 相关知识和技术

2．1 机器视觉

2．1．1 机器视觉的光学系统

2．1．2 机器视觉的图像处理系统

2．2 人脸识别

2．2．1 人脸识别基本流程

2．2．2 常用的人脸识别方法

2．3 卷积神经网络

2．3．1 神经网络

2．3．2 卷积神经网络

2．3．3 VGGNet

2．4 Caffe框架

2．5 本章小结

3 基于机器人场景交互的人脸识别系统需求分析

3．1 需求综述

3．1．1 产品特点分析

3．1．2 用户分析

3．1．3 业务需求

3．2 功能性需求

3．2．1 人脸识别相关需求

3．2．2 场景化相关需求

3．3 非功能性需求

3．4 本章小结

4 基于机器人场景交互的人脸识别系统概要设计

4．1 设计目标

4．2 系统总体功能结构

4．2．1 系统功能模块划分

4．2．2 系统流程图

4．3 技术架构

4．4 数据存储设计

4．4．1 人脸特征数据存储

4．4．2 Mysql数据库设计

4．5 本章小结

5 基于机器人场景交互的人脸识别系统详细设计与实现

5．1 系统整体框架

5．2 人脸视觉设计与实现

5．2．1 人脸检测CFaceDetection类设计与实现

5．2．2 人脸预处理CFacePreProcess类设计与实现

5．2．3 人脸训练CFRTraining类设计与实现

5．2．4 人脸识别模块设计与实现

5．3 场景化设计与实现

5．3．1 认识新朋友CFaceTraining类设计与实现

5．3．2 与好朋友打招呼CfaceRecognition类设计与实现

5．4 本章小结

6 基于机器人场景交互的人脸识别系统测试

6．1．2 测试内容

6．2 系统非功能性测试

6．2．1 数据准确性验证

6．2．2 响应及时性测试

6．2．3 系统稳定性测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 项目成果与总结

7．2 不足与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集