实时目标跟踪硬件处理系统的研究与实现
发布时间：2023-02-05 16:22
目标跟踪技术在工业流水线监控、吊舱跟踪、公共安全等领域应用广泛,其作为一项以图像理解和视频分析为基础的处理技术,对于机器智能化研究意义重大。目前基于PC端的目标跟踪算法跟踪精度和鲁棒性得到了提高,但存在运行速度慢的缺陷。而在硬件跟踪系统中应用较多的FPGA处理器,虽然依靠自身擅长的并行化运行和高速流水机制能够用于算法加速,但其难以应对复杂跟踪算法中较多的逻辑判别类处理。为此,本文结合ARM处理器的自身优势用来弥补FPGA处理器在跟踪算法完整实现过程中的劣势,研制了一套多功能实时目标跟踪硬件处理系统,可搭配伺服控制系统完成图像数据流采集、信息处理、高速传输和跟踪显示的脱机工作,涉及内容涵盖:(1)综述目标跟踪算法的发展及其在不同硬件平台上的实现现状,确定了本文基于FPGA+ARM的双核心处理器架构。在硬件跟踪系统中,FPGA处理器由于并行度高的特点得到了广泛应用,但其不适用于完成跟踪算法中逻辑判断较多的任务,对此可以利用ARM处理器善于逻辑判别类操作的优势进行弥补。因此,为确保系统在拥有可并行加速硬件基础的同时具备较强的逻辑处理能力,达到实时性高、鲁棒性强的设计目标,本文采用了FPGA+...
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 目标跟踪算法的研究现状
1.2.2 目标跟踪硬件处理系统的研究现状
1.3 研究内容及章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 目标跟踪硬件处理系统设计
2.1 系统预期指标及功能要求
2.1.1 系统预期指标
2.1.2 系统功能要求
2.2 基于FPGA+ARM的系统架构设计
2.3 系统顶板电路设计
2.3.1 图像采集电路单元
2.3.2 图像显示电路单元
2.4 系统底板电路设计
2.4.1 电源管理电路单元
2.4.2 核心处理电路单元
2.4.3 外部存储电路单元
2.4.4 图像传输电路单元
2.5 本章小结
第三章 系统跟踪算法研究与仿真
3.1 目标跟踪算法发展概述
3.2 系统跟踪算法理论研究
3.2.1 相关匹配类目标跟踪算法
3.2.2 相关滤波类目标跟踪算法
3.3 目标跟踪算法评价标准
3.3.1 OTB评价指标
3.3.2 VOT评价指标
3.4 系统跟踪算法仿真结果
3.4.1 插值缩放算法的选取验证仿真
3.4.2 有无插值缩放处理机制的相关匹配实验
3.4.3 不同缩放模板尺寸的NCC匹配对比仿真
3.4.4 模板更新差异化机制NCC匹配跟踪实验
3.5 本章小结
第四章 实时目标跟踪硬件处理系统模块实现
4.1 图像采集与缓存模块实现
4.2 数据流存储模块实现
4.2.1 DDR2写控制模块
4.2.2 DDR2读控制模块
4.2.3 总线仲裁处理模块
4.3 图像显示与人机交互模块实现
4.3.1 SDI实时显示模块
4.3.2 人机交互之串口通信模块
4.4 USB3.0 数据流传输模块实现
4.4.1 基于FX3的USB3.0 通信开发测试
4.4.2 处理器间通信协议的制定与逻辑实现
4.4.3 USB3.0 单双向通信测试验证
4.5 自适应倍率图像插值缩放模块实现
4.5.1 基于相位查找表的双三插值实时计算架构
4.5.2 插值映射表计算模块
4.5.3 行列插值计算模块
4.6 归一化互相关匹配计算模块实现
4.6.1 基于改进的归一化互相关并行运算架构
4.6.2 NCC核心计算模块
4.7 本章小结
第五章 系统搭建与测试分析
5.1 系统相关参数
5.2 系统交互类功能测试
5.2.1 首帧目标框选功能测试
5.2.2 图像自适应倍率缩放功能测试
5.3 系统目标跟踪算法测试
5.4 系统实现硬件资源分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3735293
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 目标跟踪算法的研究现状
1.2.2 目标跟踪硬件处理系统的研究现状
1.3 研究内容及章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第二章 目标跟踪硬件处理系统设计
2.1 系统预期指标及功能要求
2.1.1 系统预期指标
2.1.2 系统功能要求
2.2 基于FPGA+ARM的系统架构设计
2.3 系统顶板电路设计
2.3.1 图像采集电路单元
2.3.2 图像显示电路单元
2.4 系统底板电路设计
2.4.1 电源管理电路单元
2.4.2 核心处理电路单元
2.4.3 外部存储电路单元
2.4.4 图像传输电路单元
2.5 本章小结
第三章 系统跟踪算法研究与仿真
3.1 目标跟踪算法发展概述
3.2 系统跟踪算法理论研究
3.2.1 相关匹配类目标跟踪算法
3.2.2 相关滤波类目标跟踪算法
3.3 目标跟踪算法评价标准
3.3.1 OTB评价指标
3.3.2 VOT评价指标
3.4 系统跟踪算法仿真结果
3.4.1 插值缩放算法的选取验证仿真
3.4.2 有无插值缩放处理机制的相关匹配实验
3.4.3 不同缩放模板尺寸的NCC匹配对比仿真
3.4.4 模板更新差异化机制NCC匹配跟踪实验
3.5 本章小结
第四章 实时目标跟踪硬件处理系统模块实现
4.1 图像采集与缓存模块实现
4.2 数据流存储模块实现
4.2.1 DDR2写控制模块
4.2.2 DDR2读控制模块
4.2.3 总线仲裁处理模块
4.3 图像显示与人机交互模块实现
4.3.1 SDI实时显示模块
4.3.2 人机交互之串口通信模块
4.4 USB3.0 数据流传输模块实现
4.4.1 基于FX3的USB3.0 通信开发测试
4.4.2 处理器间通信协议的制定与逻辑实现
4.4.3 USB3.0 单双向通信测试验证
4.5 自适应倍率图像插值缩放模块实现
4.5.1 基于相位查找表的双三插值实时计算架构
4.5.2 插值映射表计算模块
4.5.3 行列插值计算模块
4.6 归一化互相关匹配计算模块实现
4.6.1 基于改进的归一化互相关并行运算架构
4.6.2 NCC核心计算模块
4.7 本章小结
第五章 系统搭建与测试分析
5.1 系统相关参数
5.2 系统交互类功能测试
5.2.1 首帧目标框选功能测试
5.2.2 图像自适应倍率缩放功能测试
5.3 系统目标跟踪算法测试
5.4 系统实现硬件资源分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3735293
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3735293.html
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