基于FPGA的視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng).pdf

1、視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤是機(jī)器視覺、圖像處理及模式識(shí)別領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題之一。光流法是視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的一種重要算法,具有精確度高、可以直接獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn),但算法復(fù)雜、實(shí)時(shí)性較差,因此設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)光流算法和相應(yīng)的硬件處理平臺(tái)仍然是目前的研究重點(diǎn)。
　　 Lucas-Kanade算法是實(shí)現(xiàn)光流計(jì)算的一種重要方法,與以往方法相比,其精確度高,算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,更適合于應(yīng)用在實(shí)時(shí)處理領(lǐng)域。通過(guò)Matlab仿真優(yōu)化算法的各個(gè)環(huán)節(jié),以便在實(shí)

2、時(shí)性和精確度方面達(dá)到理想的平衡。在圖像預(yù)處理階段,采用3D平滑高斯模板進(jìn)行低通濾波,有效地消除了圖像的量化噪聲,提高了相鄰像素的相關(guān)性。在導(dǎo)數(shù)的計(jì)算方面采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的非高斯3D匹配濾波器,與傳統(tǒng)的2D導(dǎo)數(shù)濾波器和基于高斯的3D導(dǎo)數(shù)濾波器相比,精確度更高,達(dá)到了理想的效果。
　　 隨著FPGA技術(shù)的不斷進(jìn)步,其速度、內(nèi)部乘法器和內(nèi)部RAM不斷增加,而且內(nèi)部資源配置靈活,不限制流水線級(jí)數(shù),較以往的DSP、PC等更適合于實(shí)時(shí)視頻處理,

3、因此選擇以CycloneⅡ系列FPGA為核心的DE2-70開發(fā)系統(tǒng)作為實(shí)時(shí)視頻處理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)基于Lucas-Kanade算法的實(shí)時(shí)光流計(jì)算。在3D平滑和3D導(dǎo)數(shù)濾波中,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的內(nèi)存管理單元(MMU),并采用了先時(shí)間后空間的濾波順序,有效地降低了圖像緩存的容量和邏輯單元的占用率,另外在浮點(diǎn)運(yùn)算單元采用了IP核完成實(shí)時(shí)處理。經(jīng)過(guò)整體流水線結(jié)構(gòu)的合理安排,以及各級(jí)子流水線的細(xì)化,實(shí)現(xiàn)了對(duì)640×480分辨率30幀/s的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)