基于FPGA的復(fù)雜背景下多目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與跟蹤.pdf

1、近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和視頻圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，將二者完美結(jié)合起來(lái)的智能視頻監(jiān)控在越來(lái)越多的行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。在視頻監(jiān)控技術(shù)中，多移動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)是最關(guān)鍵的一環(huán)。對(duì)視頻中移動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，是數(shù)字視頻圖像處理的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，在機(jī)器視覺(jué)、車(chē)輛檢測(cè)、人機(jī)交互、目標(biāo)識(shí)別和跟蹤等領(lǐng)域都有著十分重要的地位。因此，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、有效的檢測(cè)有著非常重要的價(jià)值和意義。
　　 在此背景下，科研工作者提出了許多移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的算法，比較流行

2、的目標(biāo)檢測(cè)算法有三種:幀間差分法、背景差分法和光流法。目前，這三種算法研究已經(jīng)逐步成熟，很多都在PC機(jī)上軟件實(shí)現(xiàn)，并且取得了良好的效果。但基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本高，在一些布線(xiàn)困難的特殊場(chǎng)合使用也受到限制。針對(duì)這一情況，科研人員希望能用嵌入式的設(shè)計(jì)方案解決這個(gè)問(wèn)題。
　　 隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是千萬(wàn)門(mén)級(jí)別FPGA(Field Programmable GateArray,現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列)芯片的出現(xiàn)，其豐富的

3、邏輯資源和高速的運(yùn)算能力，特別適用于視頻圖像處理這樣大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)算。FPGA的出現(xiàn)，為智能視頻監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的春天。
　　 本文以FPGA為核心處理器，設(shè)計(jì)出一個(gè)在復(fù)雜靜態(tài)背景下進(jìn)行多移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與跟蹤的系統(tǒng)。系統(tǒng)在檢測(cè)跟蹤到移動(dòng)目標(biāo)時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，論文對(duì)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建和軟件算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程都做了詳細(xì)的論述。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，在復(fù)雜靜態(tài)背景下，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)，并能及時(shí)地跟蹤目標(biāo)。
　　 系

4、統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要包括視頻采集模塊、視頻預(yù)處理模塊、移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊、SDRAM存儲(chǔ)模塊、VGA顯示模塊、音頻解碼模塊。視頻采集模塊負(fù)責(zé)從攝像頭錄入模擬視頻，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻;視頻的預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)將數(shù)字視頻解碼，并將其轉(zhuǎn)化為RGB格式數(shù)據(jù);移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤模塊負(fù)責(zé)對(duì)視頻中的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與跟蹤;SDRAM存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)片外數(shù)據(jù)的緩存，用于視頻解交織和背景差分法檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo);VGA顯示模塊負(fù)責(zé)將視頻的處理結(jié)果通過(guò)VGA接口在顯示

5、器上顯示;音頻解碼模塊負(fù)責(zé)在系統(tǒng)檢測(cè)到移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。通過(guò)各個(gè)模塊協(xié)同工作，構(gòu)建出一個(gè)基于FPGA視頻圖像處理的硬件平臺(tái)，為下一步的開(kāi)發(fā)研究提供了便利。
　　 系統(tǒng)的硬件平臺(tái)、以及在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的背景差分法、跟蹤算法和其他算法均用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)完成。系統(tǒng)在QuartusⅡ9.0軟件平臺(tái)下開(kāi)發(fā)，并在Modelsim SE6.4軟件平臺(tái)下完成仿真。與傳統(tǒng)的基于PC機(jī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比