第五十八章 人脸检测实验

       人脸检测是一种基于人工智能（AI）的计算机技术，用于在数字图像中查找和识别人脸。人脸检测技术可应用于各个领域，包括安全、生物识别、执法、娱乐和个人安全等，以提供对人员的实时监控和跟踪。人脸检测技术通过使用算法自动搜索图像/视频帧中的人脸，判断是否存在人脸，并返回人脸的位置、大小和姿态。本章，我们使用乐鑫AI库来实现人脸检测功能。

       本章分为如下几个部分：

       58.1 硬件设计

       58.2 软件设计

       58.3 下载验证

        58.1 硬件设计

       1. 例程功能

       本章实验功能简介：使用乐鑫官方的ESP32-WHO AI库对OV2640和OV5640摄像头输出的数据进行人脸检测。

       2. 硬件资源

       1）LED灯

              LED-IO1

       2）XL9555

              IIC_INT-IO0（需在P5连接IO0）

              IIC_SDA-IO41

              IIC_SCL-IO42

       3）SPILCD

              CS-IO21

              SCK-IO12

              SDA-IO11

              DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）

              PWR- IO1_3（XL9555）

              RST- IO1_2（XL9555）

       4）CAMERA

              OV_SCL-IO38

              OV_SDA- IO39

              VSYNC- IO47

              HREF- IO48

              PCLK- IO45

              D0- IO4

              D1- IO5

              D2- IO6

              D3- IO7

              D4- IO15

              D5- IO16

              D6- IO17

              D7- IO18

              RESET-IO0_5（XL9555）

              PWDN-IO0_4（XL9555）

       3. 原理图

       本章实验使用的KPU为ESP32-S3的内部资源，因此并没有相应的连接原理图。

        58.2 软件设计

       58.2.1 程序流程图

       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图58.2.1.1 程序流程图

       58.2.2 程序解析

       在本章节中，我们将重点关注两个文件：esp_face_detection.cpp和esp_face_detection.hpp。其中，esp_face_detection.hpp主要声明了esp_face_detection函数，其内容相对简单，因此我们暂时不作详细解释。本章节的核心关注点是esp_face_detection.cpp文件中的函数。

       接下来，我们将详细解析esp_face_detection_ai_strat函数的工作原理。

TaskHandle_t camera_task_handle;
TaskHandle_t ai_task_handle;
QueueHandle_t xQueueFrameO = NULL;
QueueHandle_t xQueueAIFrameO = NULL;
 
 
/**
 * @brief       摄像头图像数据获取任务
 * @param       arg：未使用
 * @retval      无
 */
static void camera_process_handler(void *arg)
{
    arg = arg;
    camera_fb_t *camera_frame = NULL;
 
    while (1)
    {
        /* 获取摄像头图像 */
        camera_frame = esp_camera_fb_get();
 
        if (camera_frame)
        {
            /* 以队列的形式发送 */
            xQueueSend(xQueueFrameO, &camera_frame, portMAX_DELAY);
        }
    }
}
 
/**
 * @brief       摄像头图像数据传入AI处理任务
 * @param       arg：未使用
 * @retval      无
 */
static void ai_process_handler(void *arg)
{
    arg = arg;
    camera_fb_t *face_ai_frameI = NULL;
    HumanFaceDetectMSR01 detector(0.3F, 0.3F, 10, 0.3F);
    HumanFaceDetectMNP01 detector2(0.4F, 0.3F, 10);
 
    while(1)
    {
        /* 以队列的形式获取摄像头图像数据 */
        if (xQueueReceive(xQueueFrameO, &face_ai_frameI, portMAX_DELAY))
        {
            /* 判断图像是否出现人脸 */
            std::list<dl::detect::result_t> &detect_candidates 
= detector.infer((uint16_t *)face_ai_frameI->buf,
 {(int)face_ai_frameI->height,
 (int)face_ai_frameI->width, 3});
            std::list<dl::detect::result_t> &detect_results 
= detector2.infer((uint16_t *)face_ai_frameI->buf,
 {(int)face_ai_frameI->height,
 (int)face_ai_frameI->width, 3},
 detect_candidates);
 
            if (detect_results.size() > 0)
            {
                printf("Face detected\r\n");
                /* 此处是在图像中绘画检测效果 */
                draw_detection_result((uint16_t *)face_ai_frameI->buf,
                                      face_ai_frameI->height,
                                      face_ai_frameI->width, detect_results);
            }
            else
            {
                printf("Face not detected\r\n");
            }
            
            /* 以队列的形式发送AI处理的图像 */
            xQueueSend(xQueueAIFrameO, &face_ai_frameI, portMAX_DELAY);
        }
    }
}
 
/**
 * @brief       AI图像数据开启
 * @param       无
 * @retval      1：创建失败；0：创建成功
 */
uint8_t esp_face_detection_ai_strat(void)
{
    /* 创建队列及任务 */
    xQueueFrameO = xQueueCreate(5, sizeof(camera_fb_t *));
    xQueueAIFrameO = xQueueCreate(5, sizeof(camera_fb_t *));
xTaskCreatePinnedToCore(camera_process_handler, "camera_process_handler", 
4 * 1024, NULL, 5, &camera_task_handle, 1);
xTaskCreatePinnedToCore(ai_process_handler, "ai_process_handler", 
6 * 1024, NULL, 5, &ai_task_handle, 1);
 
    if (xQueueFrameO != NULL 
        || xQueueAIFrameO != NULL 
        || camera_task_handle != NULL 
        || ai_task_handle != NULL)
    {
        return 0;
    }
 
    return 1;
}

        首先，我们创建了两个消息队列和两个任务。这两个消息队列的主要功能是传输图像数据，它们的区别在于一个用于传输原始图像数据，另一个用于传输经过AI处理后的图像数据或者未检测到的图像数据（原始图像数据）。而这两个任务则分别负责图像数据的获取和AI处理。在AI处理任务中，无论检测是否成功，我们都会使用消息队列将AI处理后的图像数据或未检测到的图像数据（原始图像数据）发送到LCD上进行显示。

        58.3 下载验证

       程序下载成功后，如果在检测过程中发现人脸，该系统会将此帧的图像数据发送给人脸检测API进行处理。处理成功后，此帧的图像将被显示在LCD上，如下图所示。

图58.3.1 人脸检测效果图