基于FPGA的实时目标跟踪系统研究与实现
发布时间：2021-07-29 20:25
目标跟踪是计算机视觉的研究热点之一。在科学研究和实际应用中,对目标跟踪系统的准确性和实时性都有很高的要求。随着视频图像趋于高清化以及跟踪算法复杂度的提升,基于软件实现的目标跟踪系统在处理速度上有些捉襟见肘。FPGA具备强大的并行处理能力,并且可重构,集成度高,功耗低,可以对大量的数据进行流水线操作,非常适合对视觉目标跟踪算法进行硬件加速。因此基于FPGA实现一个实时性强、体积小、功耗低的目标跟踪系统具有重要的研究意义。本文的主要目的是以Xilinx公司新一代FPGA芯片Zynq7020 SOC作为核心处理平台,针对CamShift目标跟踪算法中存在的问题进行改进优化,完成基于FPGA的实时目标跟踪系统研究与实现。本文的主要工作如下:1.本文提出了一种结合改进的CamShift算法和Kalman滤波的视觉目标跟踪算法。根据理论分析,CamShift算法在目标严重遮挡、背景干扰以及快速移动等场景中难以应对,跟踪精度急剧下降。针对上述问题,本文使用一种遮挡系数判定的策略,对CamShift算法进行改进。为抑制目标被遮挡或者目标与背景颜色相近时搜索窗口出现异常,通过计算遮挡系数来自适应地调整搜...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCCB总线时序图
摄像头的配置工作。SCCB 总线的时序如图 2.2 所示，与 IIC 总线时序大致相同。图2.2 SCCB 总线时序图配置完摄像头的设备控制寄存器，感光阵列中的信息会被送至摄像头的数据总线，从而传递到 FPGA 芯片内部进行采集和算法的处理。根据数据手册的要求，不对摄像头输出的前 15 帧图像进行采集和使用。
2.4 Zynq7020 SOC 芯片2.4.1 Zynq7020 SOC 系统架构Zynq 系列芯片是 Xilinx 公司推出的新一代基于 PS（处理系统）+PL（可编程逻辑）架构的全可编程逻辑器件。将 ARM 和 FPGA 集成在一个芯片内，使得 Zynq 系列芯片兼具处理器和可编程逻辑双重功能，适用于软硬件协同设计[26]。本系统采用的Zynq7020 SOC 就是 Zynq 系列中的一款芯片，PL 部分主要资源有 85K 个可编程逻辑资源、53200 个 LUTs、140 个 36Kb 的块 RAM、220 个可编程的 DSP 和 106400 个触发器，可以和低功耗高性能的 Artix-7 系列 FPGA 相媲美。Zynq7020 SOC 系统结构如图 2.5 所示，分为 PS 和 PL 两部分。PS 由 APU、cache存储器、SPI 控制器、IIC 控制器、UART 控制器、USB 控制器等电路组成。PL 部分就是 Xilinx 7 系列的 FPGA[27]。与 FPGA+DSP 或者 FPGA+ARM 构成的混合系统不同的是，Zynq7020 SOC 是将 FPGA 和 ARM 共同放在芯片内部的。在 FPGA 和 ARM之间，使用高带宽和高频率的 AXI 总线进行数据交互和通信。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进Camshift算法的DSP硬件实现目标跟踪方法[J]. 王立和. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]用于运动目标跟踪的改进Camshift算法的研究[J]. 秦勇,商萌萌,赵晓红,盖建新. 哈尔滨理工大学学报. 2018(03)
[3]基于CamShift和Kalman组合的改进目标跟踪算法[J]. 何俊,樊卫华,王冲,周维维. 计算机测量与控制. 2017(03)
[4]运动目标跟踪算法综述[J]. 霍玲玲,杨莹. 电子技术与软件工程. 2016(24)
[5]基于Kalman滤波的Camshift运动跟踪算法[J]. 翟卫欣,程承旗. 北京大学学报(自然科学版). 2015(05)
[6]结合卡尔曼滤波和Mean Shift的抗遮挡跟踪算法[J]. 章学静,陈禾,杨静. 北京理工大学学报. 2013(10)
[7]目标跟踪系统在FPGA上的实时实现[J]. 刘速,孙伟峰,王洪君. 西安电子科技大学学报. 2012(05)
[8]基于FPGA的卡尔曼滤波器的设计与实现[J]. 仲婷婷,王长松,周晓敏,齐昕. 电子技术应用. 2008(08)
[9]智能视觉监控技术研究进展[J]. 王素玉,沈兰荪. 中国图象图形学报. 2007(09)
硕士论文
[1]基于改进CamShift算法的嵌入式目标跟踪系统设计[D]. 任楷飞.中北大学 2018
[2]基于FPGA的单目标跟踪系统设计[D]. 徐畅.南京理工大学 2016
[3]CORDIC算法的优化研究及其硬件实现[D]. 戚芳芳.湖南大学 2012
本文编号：3309998
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCCB总线时序图
摄像头的配置工作。SCCB 总线的时序如图 2.2 所示，与 IIC 总线时序大致相同。图2.2 SCCB 总线时序图配置完摄像头的设备控制寄存器，感光阵列中的信息会被送至摄像头的数据总线，从而传递到 FPGA 芯片内部进行采集和算法的处理。根据数据手册的要求，不对摄像头输出的前 15 帧图像进行采集和使用。
2.4 Zynq7020 SOC 芯片2.4.1 Zynq7020 SOC 系统架构Zynq 系列芯片是 Xilinx 公司推出的新一代基于 PS（处理系统）+PL（可编程逻辑）架构的全可编程逻辑器件。将 ARM 和 FPGA 集成在一个芯片内，使得 Zynq 系列芯片兼具处理器和可编程逻辑双重功能，适用于软硬件协同设计[26]。本系统采用的Zynq7020 SOC 就是 Zynq 系列中的一款芯片，PL 部分主要资源有 85K 个可编程逻辑资源、53200 个 LUTs、140 个 36Kb 的块 RAM、220 个可编程的 DSP 和 106400 个触发器，可以和低功耗高性能的 Artix-7 系列 FPGA 相媲美。Zynq7020 SOC 系统结构如图 2.5 所示，分为 PS 和 PL 两部分。PS 由 APU、cache存储器、SPI 控制器、IIC 控制器、UART 控制器、USB 控制器等电路组成。PL 部分就是 Xilinx 7 系列的 FPGA[27]。与 FPGA+DSP 或者 FPGA+ARM 构成的混合系统不同的是，Zynq7020 SOC 是将 FPGA 和 ARM 共同放在芯片内部的。在 FPGA 和 ARM之间，使用高带宽和高频率的 AXI 总线进行数据交互和通信。
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进Camshift算法的DSP硬件实现目标跟踪方法[J]. 王立和. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]用于运动目标跟踪的改进Camshift算法的研究[J]. 秦勇,商萌萌,赵晓红,盖建新. 哈尔滨理工大学学报. 2018(03)
[3]基于CamShift和Kalman组合的改进目标跟踪算法[J]. 何俊,樊卫华,王冲,周维维. 计算机测量与控制. 2017(03)
[4]运动目标跟踪算法综述[J]. 霍玲玲,杨莹. 电子技术与软件工程. 2016(24)
[5]基于Kalman滤波的Camshift运动跟踪算法[J]. 翟卫欣,程承旗. 北京大学学报(自然科学版). 2015(05)
[6]结合卡尔曼滤波和Mean Shift的抗遮挡跟踪算法[J]. 章学静,陈禾,杨静. 北京理工大学学报. 2013(10)
[7]目标跟踪系统在FPGA上的实时实现[J]. 刘速,孙伟峰,王洪君. 西安电子科技大学学报. 2012(05)
[8]基于FPGA的卡尔曼滤波器的设计与实现[J]. 仲婷婷,王长松,周晓敏,齐昕. 电子技术应用. 2008(08)
[9]智能视觉监控技术研究进展[J]. 王素玉,沈兰荪. 中国图象图形学报. 2007(09)
硕士论文
[1]基于改进CamShift算法的嵌入式目标跟踪系统设计[D]. 任楷飞.中北大学 2018
[2]基于FPGA的单目标跟踪系统设计[D]. 徐畅.南京理工大学 2016
[3]CORDIC算法的优化研究及其硬件实现[D]. 戚芳芳.湖南大学 2012
本文编号：3309998
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