基于粒子滤波的视觉跟踪算法的FPGA实现

发布时间：2017-10-12 09:10

  本文关键词：基于粒子滤波的视觉跟踪算法的FPGA实现

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【摘要】：视觉跟踪是计算机视觉领域的核心问题之一,在视频监控、人机交互、体育分析、视觉导航、军事识别等领域得到了广泛的应用。在诸多算法中,粒子滤波以其能够解决非线性非高斯问题的优势得到了广泛的研究与关注。本文研究的粒子滤波算法能够适应目标大小变化、目标旋转、环境光线变化、部分遮挡等情况,算法的鲁棒性是比较强的,然而由于大量的粒子需要进行运算,算法的实时性较差,无法满足大多数场合的要求。基于此,本文在FPGA平台上进行了粒子滤波算法的硬件实现,与软件实现相比,加速效果在20倍以上,充分地满足了实时性要求。本文首先研究了粒子滤波算法原理,以此作为基础,进行了后续的研究工作。本文的主要工作和研究成果如下。1.对粒子滤波算法在Open CV中进行了软件仿真,验证了其对目标大小变化、环境光线变化、局部遮挡的良好的适应性。2.对粒子滤波算法进行了FPGA硬件实现,对其中的SDRAM控制器、高斯发生器、粒子状态转移、粒子位置排序、粒子直方图特征统计、粒子权重计算模块及重采样模块进行了详细描述。3.基于Modelsim进行了系统级的仿真验证并基于DE2-115开发平台搭建了视觉跟踪演示系统。系统采用PAL制模拟视频作为输入在开发平台进行视频采集和粒子滤波处理,最后将跟踪的结果显示在VGA显示器上。系统可对目标进行实时跟踪。
【关键词】：粒子滤波 颜色直方图 OpenCV FPGA Modelsim DE2-115
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 视觉跟踪应用9-11
• 1.2 视觉跟踪算法概述11-15
• 1.2.1 目标建模11-13
• 1.2.2 目标定位13-15
• 1.3 目标跟踪算法的硬件实现15-16
• 1.4 论文工作及章节安排16-18
• 第2章 粒子滤波原理18-28
• 2.1 贝叶斯框架18-20
• 2.1.1 贝叶斯背景18
• 2.1.2 贝叶斯框架目标跟踪18-20
• 2.2 蒙特卡洛模拟20-22
• 2.3 粒子滤波22-28
• 2.3.1 重要性采样22-24
• 2.3.2 序列重要性采样（SIS）24-25
• 2.3.3 建议分布的选择25-26
• 2.3.4 重采样26
• 2.3.5 基本粒子滤波算法流程26-28
• 第3章 粒子滤波软件仿真28-40
• 3.1 仿真环境介绍28-31
• 3.2 仿真算法流程31-36
• 3.2.1 粒子滤波算法流程31-33
• 3.2.2 粒子滤波算法细节33-36
• 3.3 仿真结果分析36-40
• 第4章 粒子滤波系统硬件设计40-53
• 4.1 SDRAM控制器设计40-46
• 4.1.1 SDRAM介绍40-43
• 4.1.2 Verilog设计SDRAM控制器与接口43-45
• 4.1.3 SDRAM控制器基本应用设计45-46
• 4.2 粒子滤波算法硬件设计46-53
• 4.2.1 高斯发生器设计46-48
• 4.2.2 粒子状态转移模块设计48-49
• 4.2.3 粒子位置排序模块设计49-51
• 4.2.4 颜色直方图统计模块设计51
• 4.2.5 粒子权重计算模块设计51-53
• 第5章 粒子滤波系统实现53-63
• 5.1 DE2-115开发板介绍53-55
• 5.2 粒子滤波仿真系统搭建55-59
• 5.2.1 Modelsim仿真系统搭建55-56
• 5.2.2 Modelsim仿真波形56-59
• 5.3 粒子滤波硬件系统搭建59-62
• 5.3.1 视频数据流产生59
• 5.3.2 视频流解码59-60
• 5.3.3 粒子滤波模块60
• 5.3.4 输出显示60-61
• 5.3.5 实物跟踪结果61-62
• 5.4 总结与展望62-63
• 参考文献63-69
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王蒙;戴亚平;;基于FAST角点检测的局部鲁棒特征[J];北京理工大学学报;2013年10期

2 梁艳菊;李庆;陈大鹏;颜学究;;一种快速鲁棒的LOG-FAST角点算法[J];计算机科学;2012年06期

3 原魁;肖晗;何文浩;;采用FPGA的机器视觉系统发展现状与趋势[J];计算机工程与应用;2010年36期

4 刘惟锦;章毓晋;;基于Kalman滤波和边缘直方图的实时目标跟踪[J];清华大学学报(自然科学版);2008年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 龚翔;基于粒子滤波的视觉跟踪算法研究[D];南京理工大学;2009年

2 熊文平;体育视频中运动目标跟踪技术研究[D];首都师范大学;2006年

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本文编号：1017849