基于FPGA的實時目標跟蹤系統(tǒng)研究與實現(xiàn)
發(fā)布時間：2021-07-29 20:25
目標跟蹤是計算機視覺的研究熱點之一。在科學研究和實際應用中,對目標跟蹤系統(tǒng)的準確性和實時性都有很高的要求。隨著視頻圖像趨于高清化以及跟蹤算法復雜度的提升,基于軟件實現(xiàn)的目標跟蹤系統(tǒng)在處理速度上有些捉襟見肘。FPGA具備強大的并行處理能力,并且可重構(gòu),集成度高,功耗低,可以對大量的數(shù)據(jù)進行流水線操作,非常適合對視覺目標跟蹤算法進行硬件加速。因此基于FPGA實現(xiàn)一個實時性強、體積小、功耗低的目標跟蹤系統(tǒng)具有重要的研究意義。本文的主要目的是以Xilinx公司新一代FPGA芯片Zynq7020 SOC作為核心處理平臺,針對CamShift目標跟蹤算法中存在的問題進行改進優(yōu)化,完成基于FPGA的實時目標跟蹤系統(tǒng)研究與實現(xiàn)。本文的主要工作如下:1.本文提出了一種結(jié)合改進的CamShift算法和Kalman濾波的視覺目標跟蹤算法。根據(jù)理論分析,CamShift算法在目標嚴重遮擋、背景干擾以及快速移動等場景中難以應對,跟蹤精度急劇下降。針對上述問題,本文使用一種遮擋系數(shù)判定的策略,對CamShift算法進行改進。為抑制目標被遮擋或者目標與背景顏色相近時搜索窗口出現(xiàn)異常,通過計算遮擋系數(shù)來自適應地調(diào)整搜...
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：100 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
SCCB總線時序圖
攝像頭的配置工作。SCCB 總線的時序如圖 2.2 所示，與 IIC 總線時序大致相同。圖2.2 SCCB 總線時序圖配置完攝像頭的設(shè)備控制寄存器，感光陣列中的信息會被送至攝像頭的數(shù)據(jù)總線，從而傳遞到 FPGA 芯片內(nèi)部進行采集和算法的處理。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊的要求，不對攝像頭輸出的前 15 幀圖像進行采集和使用。
2.4 Zynq7020 SOC 芯片2.4.1 Zynq7020 SOC 系統(tǒng)架構(gòu)Zynq 系列芯片是 Xilinx 公司推出的新一代基于 PS（處理系統(tǒng)）+PL（可編程邏輯）架構(gòu)的全可編程邏輯器件。將 ARM 和 FPGA 集成在一個芯片內(nèi)，使得 Zynq 系列芯片兼具處理器和可編程邏輯雙重功能，適用于軟硬件協(xié)同設(shè)計[26]。本系統(tǒng)采用的Zynq7020 SOC 就是 Zynq 系列中的一款芯片，PL 部分主要資源有 85K 個可編程邏輯資源、53200 個 LUTs、140 個 36Kb 的塊 RAM、220 個可編程的 DSP 和 106400 個觸發(fā)器，可以和低功耗高性能的 Artix-7 系列 FPGA 相媲美。Zynq7020 SOC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示，分為 PS 和 PL 兩部分。PS 由 APU、cache存儲器、SPI 控制器、IIC 控制器、UART 控制器、USB 控制器等電路組成。PL 部分就是 Xilinx 7 系列的 FPGA[27]。與 FPGA+DSP 或者 FPGA+ARM 構(gòu)成的混合系統(tǒng)不同的是，Zynq7020 SOC 是將 FPGA 和 ARM 共同放在芯片內(nèi)部的。在 FPGA 和 ARM之間，使用高帶寬和高頻率的 AXI 總線進行數(shù)據(jù)交互和通信。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]改進Camshift算法的DSP硬件實現(xiàn)目標跟蹤方法[J]. 王立和. 西南師范大學學報(自然科學版). 2018(11)
[2]用于運動目標跟蹤的改進Camshift算法的研究[J]. 秦勇,商萌萌,趙曉紅,蓋建新. 哈爾濱理工大學學報. 2018(03)
[3]基于CamShift和Kalman組合的改進目標跟蹤算法[J]. 何俊,樊衛(wèi)華,王沖,周維維. 計算機測量與控制. 2017(03)
[4]運動目標跟蹤算法綜述[J]. 霍玲玲,楊瑩. 電子技術(shù)與軟件工程. 2016(24)
[5]基于Kalman濾波的Camshift運動跟蹤算法[J]. 翟衛(wèi)欣,程承旗. 北京大學學報(自然科學版). 2015(05)
[6]結(jié)合卡爾曼濾波和Mean Shift的抗遮擋跟蹤算法[J]. 章學靜,陳禾,楊靜. 北京理工大學學報. 2013(10)
[7]目標跟蹤系統(tǒng)在FPGA上的實時實現(xiàn)[J]. 劉速,孫偉峰,王洪君. 西安電子科技大學學報. 2012(05)
[8]基于FPGA的卡爾曼濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 仲婷婷,王長松,周曉敏,齊昕. 電子技術(shù)應用. 2008(08)
[9]智能視覺監(jiān)控技術(shù)研究進展[J]. 王素玉,沈蘭蓀. 中國圖象圖形學報. 2007(09)
碩士論文
[1]基于改進CamShift算法的嵌入式目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[D]. 任楷飛.中北大學 2018
[2]基于FPGA的單目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[D]. 徐暢.南京理工大學 2016
[3]CORDIC算法的優(yōu)化研究及其硬件實現(xiàn)[D]. 戚芳芳.湖南大學 2012
本文編號：3309998
【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：100 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
SCCB總線時序圖
攝像頭的配置工作。SCCB 總線的時序如圖 2.2 所示，與 IIC 總線時序大致相同。圖2.2 SCCB 總線時序圖配置完攝像頭的設(shè)備控制寄存器，感光陣列中的信息會被送至攝像頭的數(shù)據(jù)總線，從而傳遞到 FPGA 芯片內(nèi)部進行采集和算法的處理。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊的要求，不對攝像頭輸出的前 15 幀圖像進行采集和使用。
2.4 Zynq7020 SOC 芯片2.4.1 Zynq7020 SOC 系統(tǒng)架構(gòu)Zynq 系列芯片是 Xilinx 公司推出的新一代基于 PS（處理系統(tǒng)）+PL（可編程邏輯）架構(gòu)的全可編程邏輯器件。將 ARM 和 FPGA 集成在一個芯片內(nèi)，使得 Zynq 系列芯片兼具處理器和可編程邏輯雙重功能，適用于軟硬件協(xié)同設(shè)計[26]。本系統(tǒng)采用的Zynq7020 SOC 就是 Zynq 系列中的一款芯片，PL 部分主要資源有 85K 個可編程邏輯資源、53200 個 LUTs、140 個 36Kb 的塊 RAM、220 個可編程的 DSP 和 106400 個觸發(fā)器，可以和低功耗高性能的 Artix-7 系列 FPGA 相媲美。Zynq7020 SOC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示，分為 PS 和 PL 兩部分。PS 由 APU、cache存儲器、SPI 控制器、IIC 控制器、UART 控制器、USB 控制器等電路組成。PL 部分就是 Xilinx 7 系列的 FPGA[27]。與 FPGA+DSP 或者 FPGA+ARM 構(gòu)成的混合系統(tǒng)不同的是，Zynq7020 SOC 是將 FPGA 和 ARM 共同放在芯片內(nèi)部的。在 FPGA 和 ARM之間，使用高帶寬和高頻率的 AXI 總線進行數(shù)據(jù)交互和通信。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]改進Camshift算法的DSP硬件實現(xiàn)目標跟蹤方法[J]. 王立和. 西南師范大學學報(自然科學版). 2018(11)
[2]用于運動目標跟蹤的改進Camshift算法的研究[J]. 秦勇,商萌萌,趙曉紅,蓋建新. 哈爾濱理工大學學報. 2018(03)
[3]基于CamShift和Kalman組合的改進目標跟蹤算法[J]. 何俊,樊衛(wèi)華,王沖,周維維. 計算機測量與控制. 2017(03)
[4]運動目標跟蹤算法綜述[J]. 霍玲玲,楊瑩. 電子技術(shù)與軟件工程. 2016(24)
[5]基于Kalman濾波的Camshift運動跟蹤算法[J]. 翟衛(wèi)欣,程承旗. 北京大學學報(自然科學版). 2015(05)
[6]結(jié)合卡爾曼濾波和Mean Shift的抗遮擋跟蹤算法[J]. 章學靜,陳禾,楊靜. 北京理工大學學報. 2013(10)
[7]目標跟蹤系統(tǒng)在FPGA上的實時實現(xiàn)[J]. 劉速,孫偉峰,王洪君. 西安電子科技大學學報. 2012(05)
[8]基于FPGA的卡爾曼濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 仲婷婷,王長松,周曉敏,齊昕. 電子技術(shù)應用. 2008(08)
[9]智能視覺監(jiān)控技術(shù)研究進展[J]. 王素玉,沈蘭蓀. 中國圖象圖形學報. 2007(09)
碩士論文
[1]基于改進CamShift算法的嵌入式目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[D]. 任楷飛.中北大學 2018
[2]基于FPGA的單目標跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[D]. 徐暢.南京理工大學 2016
[3]CORDIC算法的優(yōu)化研究及其硬件實現(xiàn)[D]. 戚芳芳.湖南大學 2012
本文編號：3309998
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