面向視頻跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵算法和動(dòng)態(tài)可重構(gòu)硬件架構(gòu)研究.pdf

1、近年來,視頻跟蹤技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展,并已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,目前的視頻跟蹤技術(shù)與實(shí)際需求仍有相當(dāng)大的差距。論文從當(dāng)前視頻跟蹤系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中面臨的問題出發(fā),對(duì)視頻跟蹤系統(tǒng)涉及的一些關(guān)鍵算法及硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)進(jìn)行了深入研究,重點(diǎn)研究了兩個(gè)方面的問題:1)研究了視頻跟蹤系統(tǒng)所涉及的圖像去噪聲和目標(biāo)跟蹤算法,尋找消弱環(huán)境噪聲、煙霧、遮擋等環(huán)境因素影響,提高跟蹤精度的方法;2)研究視頻跟蹤涉及到的一些關(guān)鍵算法,根據(jù)算法研究分析、提取算法

2、基本操作,建立面向視頻跟蹤系統(tǒng)的專用粗粒度的可重構(gòu)硬件架構(gòu)。本課題得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“新一代圖形處理系統(tǒng)芯片體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究(61136002)和“三維視頻處理系統(tǒng)芯片動(dòng)態(tài)可重構(gòu)可編程體系結(jié)構(gòu)研究(61272120)”的支持。
　　作者在本文中完成的工作主要包括以下幾方面:
　　1、對(duì)圖像去噪算法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了基于Contourlet變換的圖像去噪算法。利用非下采樣 Contourl

3、et變換的平移不變性和Context模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)子帶圖像精細(xì)分類,并且具有較低的分類開銷的特性,提出了一種結(jié)合非下采樣 Contourlet變換和 Context模型的圖像去噪算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的方法能夠有效去除圖像白噪聲,與現(xiàn)有的一些小波域或 Contourlet變換域去噪算法相比,在峰值信噪比和主觀視覺效果方面均有改善。
　　2、對(duì)視頻跟蹤算法進(jìn)行了較為全面的研究,重點(diǎn)對(duì)卡爾曼濾波、擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、以及

4、標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波等基于概率估計(jì)的跟蹤算法進(jìn)行了深入分析。在此基礎(chǔ)上,為提高粒子濾波跟蹤估計(jì)精度,提出一種新的結(jié)合RTS最優(yōu)平滑的迭代EKF粒子濾波方法。算法主要基于RTS固定區(qū)間兩步平滑算法的思路,在前向步驟中采用迭代擴(kuò)展卡爾曼濾波獲取非線性系統(tǒng)的最大后驗(yàn)概率估計(jì),然后,從最后時(shí)間步開始,對(duì)濾波結(jié)果實(shí)施RTS固定區(qū)間平滑修正生成采樣粒子,使其融入最新觀測(cè)信息的同時(shí)更加符合系統(tǒng)真實(shí)狀態(tài)的后驗(yàn)概率分布,對(duì)觀測(cè)噪聲具有較好的抑制能力,從而顯著提高

5、了跟蹤穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。一維及二維模型的仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出算法的有效性。
　　3、對(duì)視頻跟蹤算法中用到的圖像去噪和跟蹤算法進(jìn)行了分析、提取了算法基本操作,并研究了適合視頻跟蹤應(yīng)用的硬件特征。基于數(shù)據(jù)流模式和可重構(gòu)技術(shù)提出了一種面向視頻跟蹤應(yīng)用的粗粒度的可重構(gòu)靜態(tài)數(shù)據(jù)流硬件架構(gòu)(Reconfigurable Static Data-flow hardware Architecture,RSDA),RSDA利用可重構(gòu)硬件互聯(lián)以及操作單

6、元之間的硬件握手結(jié)構(gòu),克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)方式的低效性,實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)的高度并行處理能力,并具有容易編程的特點(diǎn)。在Altera公司的FPGA上實(shí)現(xiàn)了所提結(jié)構(gòu),并與 ASIC及一種優(yōu)化了的GPU實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了性能對(duì)比。
　　4、分析了所提RSDA結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),在保持所提RSDA結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)的前提下,采用將各種并行形式統(tǒng)一在一個(gè)單一結(jié)構(gòu)中的思想,提出了一種更具使用靈活性和可編程性的可重構(gòu)多態(tài)陣列處理器結(jié)構(gòu)-PRMA,并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的仿真分