【摘要】：機載地面目標跟蹤因其不受信號傳輸干擾,不依賴地面人員控制的特點,在視頻航拍、戶外救援、交通疏導、軍事偵查等領域有著廣泛的應用。機載地面目標跟蹤任務具有目標尺寸小、場景復雜、目標距離及尺度改變等特點,對跟蹤算法的魯棒性提出了更高的要求。然而魯棒性效果好的目標跟蹤算法若要在功耗、負載能力受限的機載處理平臺上實現(xiàn)實時跟蹤,需要機載計算平臺具備強大的計算能力。本課題為解決機載地面目標跟蹤任務中跟蹤魯棒性及實時性的矛盾,選擇計算復雜度較小的核化相關濾波(Kernelized Correlation Filter,KCF)跟蹤算法并進行了改進,提升其跟蹤魯棒性�；赯YNQ UltraScale+多核異構片上系統(tǒng)(Multiprocessor System-on-Chip,MPSoC)設計了機載地面目標跟蹤計算平臺,在兼顧跟蹤魯棒性的情況下實現(xiàn)了良好的實時跟蹤效果。首先,本文在對當前主流跟蹤算法進行比較和分析后,以滿足跟蹤精度及跟蹤成功率為前提,從提升跟蹤速度的角度出發(fā),設計了基于KCF的目標跟蹤算法,針對KCF方法無法自適應尺度變化的問題,設計尺度自適應策略,給出了提升尺度自適應跟蹤能力的改進KCF方法。其次,基于ZYNQ UltraScale+MPSoC設計了機載地面目標跟蹤計算平臺�；诟邔哟尉C合技術,針對跟蹤器的實時性要求,對改進KCF跟蹤算法的計算過程進行并行性優(yōu)化,以提高跟蹤器的運行速度。將并行優(yōu)化后跟蹤算法導出為IP核(Intellectual Property core),并以此為基礎設計片上系統(tǒng)并開發(fā)相應的嵌入式應用程序及人機交互界面。最終搭建了功能完備的機載地面目標跟蹤器系統(tǒng),實現(xiàn)從視頻流接入到跟蹤結果輸出的完整跟蹤過程。最后,設計詳盡的測試實驗,基于ZCU102評估板使用UAV123數(shù)據集對跟蹤器的跟蹤精度、跟蹤成功率、不同分辨率下的跟蹤效果及片上系統(tǒng)功耗等多方面性能進行了全面測試。測試結果表明,本課題設計的機載地面目標跟蹤器能夠實現(xiàn)對地面目標的實時、準確跟蹤,同時夠很好的適應跟蹤目標的尺度變化,跟蹤的器各項性能均滿足設計指標要求。本課題設計了魯棒性強、實時性好、處理速度快的機載地面目標跟蹤器,具有明確的實用價值。同時,對圖像處理的其他任務需求同樣具有一定的參考價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V247;TP391.41
【圖文】：

圖 3-7 模塊的性能分析視圖時間軸顯示從輸入到輸出的長時間漂移，如紅色箭頭所示，由于畫面有限只截取了時間軸起始部分截圖，而這種漂移一直持續(xù)直到了循環(huán)邊界。這種現(xiàn)象的產生通常由于 I/O 或者 RAM 的帶寬產生了限制所致，因此更進一步觀察資源占用情況發(fā)現(xiàn) mapArray 數(shù)組的帶寬產生了嚴重的限制。圖 3-8 模塊的資源分析視圖mapArray[i][j][k]為一個三維數(shù)組，用于存儲梯梯度直方圖計算結果，其中i，j 分別表示單元的行和列，k 為梯度方向。由于在計算每個梯度單元時將同時計

圖 3-7 模塊的性能分析視圖時間軸顯示從輸入到輸出的長時間漂移，如紅色箭頭所示，由于畫面有限只截取了時間軸起始部分截圖，而這種漂移一直持續(xù)直到了循環(huán)邊界。這種現(xiàn)象的產生通常由于 I/O 或者 RAM 的帶寬產生了限制所致，因此更進一步觀察資源占用情況發(fā)現(xiàn) mapArray 數(shù)組的帶寬產生了嚴重的限制。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文mapArray 數(shù)組的大規(guī)模讀寫。默認情況下數(shù)組在映射后僅被綜合為一個雙端口的 RAM 存儲器，由于無法及時得到數(shù)據，導致并行性無法被充分發(fā)揮，由此產生了大規(guī)模的延遲。為解決這一問題，添加 ARRAY_PARTITION 指令，對數(shù)組進行分割優(yōu)化。由于梯度直方圖的計算過程以單元為循環(huán)單位，每個單元同時計算有符號和無符號兩組特征，因此有針對性的將 mapArray 的方向維度進行展開，在消除數(shù)據瓶頸的情況下避免盲目對數(shù)組進行完全的展開，造成對邏輯資源的浪費。從優(yōu)化后的資源占用情況看，數(shù)據瓶頸被很好的克服，產生了大吞吐率的數(shù)據通路。

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 劉興亮;;智能化時代的四核驅動力[J];中國傳媒科技;2015年09期

2 孫航;韓紅霞;郭勁;曹立華;;基于均值偏移快速算法的紅外目標跟蹤[J];儀器儀表學報;2012年05期

3 朱建武;李榕;凌云;;基于FPGA的目標跟蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J];計算機工程;2012年05期

4 程金漢;杜愛民;;基于DM642的嵌入式實時車輛跟蹤系統(tǒng)[J];機電工程;2007年12期

相關博士學位論文 前1條

1 李大偉;固定翼無人機地面車輛目標自動檢測與跟蹤[D];中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心);2017年

相關碩士學位論文 前2條

1 李秋晨;基于嵌入式GPU的機載下視目標跟蹤器研制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

2 李大偉;基于FPGA的實時圖像匹配器設計與實現(xiàn)[D];西安電子科技大學;2007年

本文編號：2801280