Nalin Balan

Director, AI Center of Excellence (COE) Customer Success

Haoguang (Kai) Cai

Product Manager, Aizip

突破資源受限設(shè)備的人臉識(shí)別瓶頸：

智能技術(shù)的新篇章

人臉識(shí)別已成為智能手機(jī)與個(gè)人電腦等高性能設(shè)備的標(biāo)配功能。然而，要將這項(xiàng)技術(shù)集成到資源受限的邊緣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)終端中，仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，企業(yè)級(jí)打印機(jī)的用戶身份驗(yàn)證、門禁控制面板、考勤打卡機(jī)以及銷售終端等應(yīng)用場(chǎng)景，都能通過人臉識(shí)別大幅提升價(jià)值，但傳統(tǒng)解決方案往往超出這些設(shè)備的計(jì)算能力。

瑞薩電子和Aizip開發(fā)了一種人臉識(shí)別解決方案，通過使面部識(shí)別能夠在低功耗、經(jīng)濟(jì)高效的微控制器單元（MCU）上運(yùn)行來填補(bǔ)這一差距。這意味著，設(shè)備制造商與系統(tǒng)集成商如今可以在無(wú)需云連接或外部處理的情況下，將先進(jìn)的人臉識(shí)別功能部署到邊緣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)硬件中，實(shí)現(xiàn)本地化、隱私保護(hù)且響應(yīng)迅速的身份識(shí)別。

采用瑞薩電子RA8D1 ArmCortex-M85微控制器單元（MCU）的邊緣設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)面部識(shí)別解決方案：

完全在設(shè)備上運(yùn)行，無(wú)需云連接，最多支持100個(gè)用戶，并通過面部配件（眼鏡和類似物品）保持穩(wěn)定性

系統(tǒng)在客戶測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了>99%的準(zhǔn)確率，同時(shí)使用最少的資源（低于2MB閃存，低于1MB RAM）

實(shí)現(xiàn)打印機(jī)訪問的安全認(rèn)證、個(gè)性化智能家居控制面板以及樓宇門禁系統(tǒng)的人臉識(shí)別功能，全面提升用戶體驗(yàn)與安全性

硬件平臺(tái)：AIK-RA8D1板

AIK-RA8D1板卡集成了先進(jìn)的AI加速功能，使其成為希望在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能的開發(fā)人員的理想解決方案。它的多功能性允許在工業(yè)和安全領(lǐng)域的一系列IoT應(yīng)用中進(jìn)行部署，同時(shí)保持成本效益。

AIK-RA8D1板的主要特性

480MHz RA8D1 MCU在Arm Cortex-M85內(nèi)核中帶有Helium擴(kuò)展，可提供強(qiáng)大的處理能力、能效和4倍的ML性能提升，使實(shí)時(shí)面部識(shí)別在此類硬件上成為可能。

多種連接選項(xiàng)—包括Pmod、 USB、CAN/CAN FD、以太網(wǎng)和攝像頭I/F，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。

豐富的顯示接口—支持用于高分辨率顯示器的MIPI-DSI，非常適合AI驅(qū)動(dòng)的HMI應(yīng)用程序。

高級(jí)外設(shè)—具有多個(gè)GPIO、ADC和I2C/SPI/UART接口，可實(shí)現(xiàn)靈活的設(shè)備接口。

圖 1：AIK-RA8D1與瑞薩電子的軟件和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)連接

使用FaceID輕松安全地進(jìn)行人臉識(shí)別：

FaceID通過兩個(gè)簡(jiǎn)單的步驟為您提供無(wú)縫和安全的體驗(yàn)。

快速設(shè)置—只需在注冊(cè)過程中提供一些參考圖像。該系統(tǒng)將它們安全地存儲(chǔ)在設(shè)備上，無(wú)需互聯(lián)網(wǎng)，并保持您的數(shù)據(jù)私密并受到保護(hù)。

即時(shí)識(shí)別—當(dāng)您訪問系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)aceID會(huì)自動(dòng)從實(shí)時(shí)圖像中檢測(cè)并對(duì)齊您的面部，然后將其與您存儲(chǔ)的個(gè)人資料進(jìn)行比較以確認(rèn)匹配—快速、準(zhǔn)確且輕松。

整個(gè)FaceID管道在單個(gè)MCU上運(yùn)行，無(wú)需外部處理器：

圖 2：在單個(gè)Renesas RA8D1 MCU上完成處理流程

緊湊、高效、可靠：專為實(shí)際性能而設(shè)計(jì)

體驗(yàn)強(qiáng)大的人臉識(shí)別功能，同時(shí)將系統(tǒng)影響降至最低。該解決方案在單個(gè)芯片上運(yùn)行兩個(gè)互補(bǔ)的模型，無(wú)縫協(xié)同工作以提供快速準(zhǔn)確的結(jié)果：

輕巧設(shè)計(jì)—閃存使用率低于2MB，峰值RAM低于1MB，該系統(tǒng)可輕松適應(yīng)RA8D1的限制，為其他應(yīng)用程序留出空間并降低整體資源消耗。

智能內(nèi)存管理—通過緩沖區(qū)回收與模型順序運(yùn)行，系統(tǒng)在不犧牲性能的前提下實(shí)現(xiàn)最大化效率。

可擴(kuò)展的用戶支持—最多100個(gè)注冊(cè)用戶，并可隨著硬件資源的增長(zhǎng)而靈活擴(kuò)展。

識(shí)別精準(zhǔn)一致—即使用戶佩戴眼鏡等面部配件，系統(tǒng)依然保持高識(shí)別性能，確保在日常場(chǎng)景中的可靠性。

專為邊緣設(shè)備打造—緊湊的系統(tǒng)架構(gòu)使該解決方案完美適用于物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)等資源受限環(huán)境，在內(nèi)存與處理能力有限的條件下依然高效運(yùn)行。

型號(hào)規(guī)格

系統(tǒng)資源使用情況

性能指標(biāo)

實(shí)際應(yīng)用

與智能手機(jī)等高端設(shè)備所采用的3D建模技術(shù)相比，我們基于圖像的人臉識(shí)別方法具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。該解決方案通過省去專用深度傳感器與紅外投影器，實(shí)現(xiàn)更高的成本效益與硬件簡(jiǎn)化。它為辦公和便利性應(yīng)用提供了恰當(dāng)?shù)陌踩?jí)別，適用于無(wú)需極端安全措施但需要可靠身份識(shí)別的場(chǎng)景。此外，它支持多種部署方式，靈活適應(yīng)各種安裝環(huán)境。

這些特性使我們的FaceID解決方案成為以下應(yīng)用的理想選擇：

企業(yè)打印機(jī)訪問控制，確保文檔安全領(lǐng)取

考勤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸打卡

臨床環(huán)境中的醫(yī)療設(shè)備認(rèn)證

智能家居控制面板，打造個(gè)性化用戶體驗(yàn)

具有客戶認(rèn)可的銷售點(diǎn)終端

為不同作員調(diào)整設(shè)置的工業(yè)設(shè)備

FaceID技術(shù)現(xiàn)已可在邊緣設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，智能識(shí)別觸手可及。借助瑞薩電子的RA8D1 Arm Cortex-M85 MCU，面部識(shí)別可以在沒有云連接的情況下在本地運(yùn)行。通過在本地運(yùn)行，它消除了云依賴性，確保了數(shù)據(jù)隱私，并且即使沒有網(wǎng)絡(luò)連接也能可靠地運(yùn)行。這為身份驗(yàn)證必須既方便又安全的應(yīng)用程序釋放了重要價(jià)值。