【摘要】：目標跟蹤作為機器人視覺的重要分支逐漸成為研究的熱門課題。廣泛的應用在生產生活等各個方面。在軍事方面包括導彈制導、無人機等。在民用方面包括醫(yī)學診斷、虛擬現(xiàn)實、智能駕駛系統(tǒng)、人機交換等。在無人航拍、智能駕駛等實時性要求高的場合單純的通過軟件完成圖像算法無法滿足實時性的要求。利用FPGA并行處理的優(yōu)勢,將圖像處理算法在FPGA上進行并行加速可以大大提高圖像處理的速度,滿足實時性要求高的場合。因此,基于FPGA完成圖像算法逐漸成為研究的熱門課題。針對通用計算機在圖像處理實時性上的不足,本文設計了基于FPGA的目標跟蹤系統(tǒng)。首先分別對目標識別與目標跟蹤算法進行介紹與比較,目標識別算法分別介紹了光流法、背景差分算法與幀間差分算法。將目標跟蹤算法進行分類概述,包括基于特征的目標跟蹤算法、基于輪廓的目標跟蹤算法、基于模型的目標跟蹤算法與基于模板的目標跟蹤算法。通過對各個算法的總結與比較,本文采用背景差分算法進行運動目標識別,采用基于模板的匹配算法進行目標跟蹤。針對模板匹配的跟蹤算法容易受到外界因素干擾而造成目標跟蹤失敗的情況,本文設計了一種基于絕對誤差和算法(Sum of Absolute Difference,SAD)的目標跟蹤有效性判別方法。通過SAD算法產生的SAD矩陣為基礎,利用SAD矩陣內目標位置點與相鄰位置點之間的相關性為判斷依據(jù),通過最大相關置信度(Maximum Close Distance,MCD)對目標跟蹤有效性進行判斷。并且當判定目標跟蹤失效后,通過目標初始模板與當前幀最佳匹配位置進行加權累積產生新模板繼續(xù)目標進行跟蹤。通過Matlab軟件對算法進行仿真驗證,實驗結果表明該算法能夠實現(xiàn)對目標持續(xù)有效的跟蹤,并且在抗遮擋能力方面相對原SAD算法得到顯著提高。通過ModelSim軟件仿真結果驗證利用FPGA實現(xiàn)圖像算法相對于單純的軟件實現(xiàn)速度顯著提高。本文采用模塊化設計將整個系統(tǒng)分成五個部分,分別完成視頻圖像采集、跟蹤結果顯示、圖像預處理、圖像存儲與圖像處理功能。通過硬件描述語言Verilog HDL在Quartus II軟件上進行設計編寫與仿真驗證。最后將程序部署到FPGA內實現(xiàn)目標跟蹤。通過多次實驗驗證本設計能夠在遮擋、光照變化情況下實現(xiàn)運動目標準確跟蹤。
【圖文】：

圖 2.4 SAD 算法原理圖Fig. 2.4 Sad algorithm schematic diagram小為 m×n；S 為視頻中連續(xù)幀圖像，大遍歷，S 被 T 覆蓋的的部分稱為子圖記置，是子圖左上角的坐標。數(shù)，對子圖 I(u,v)與模板圖像進行對應位在原圖中位置。SAD 相似性度量計算公1 1,y) (i,j) S(x i 1,y j m ni j T + + 1 x M m + 1,1 y N n+遍歷過程中的偏移值。圖 2.4 可知，，SAD 在圖像遍歷的過程中每-m+1，N-n+1 的矩陣。數(shù)值越小代表兩

a 模板圖像 b 第 15 幀跟蹤效果c 第 41 幀跟蹤效果d 第 45 幀跟蹤效果圖 2.6 SAD 算法跟蹤效果Fig. 2.6 SAD algorithm tracking圖 2.7 是使用改進的 SAD 算法對相同場景對遮擋目標進行跟蹤的結果，a 是目標板圖像。b 是在目標被少部分遮擋情況下，本算法可以準確追蹤目標。c 是當目標被擋面積超過 80%的情況下，正常 SAD 算法無法找到目標，但是本算法依然可以準確找到目標位置并進行準確標記。d 目標逐漸出現(xiàn)，準確找到目標進行標記，實現(xiàn)目標確有效的跟蹤。a 模板圖像 b 第 15 幀跟蹤效果c 第 41 幀跟蹤效果 d 第 45 幀跟蹤效果
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TN791

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 白曉方;楊衛(wèi);陳佩珩;;一種改進的運動目標檢測與跟蹤方法[J];電視技術;2014年01期

2 高宏亮;劉彪;李龍龍;;基于FPGA的圖像采集和預處理技術的研究[J];制造業(yè)自動化;2013年13期

3 李金屏;王磊;張中方;;利用FPGA實現(xiàn)視頻移動目標的有效檢測[J];計算機工程與應用;2010年26期

4 楊華;佟首峰;;基于FPGA的Bayer到RGB圖像格式轉換設計[J];現(xiàn)代電子技術;2010年02期

5 何云斌;張玉芬;;多端口SDRAM控制器的設計與實現(xiàn)[J];微計算機信息;2009年14期

6 邵應昭;任愛鋒;初秀琴;;基于FPGA的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J];電子技術應用;2008年05期

7 孫凱鵬;李新軍;;復雜背景下單個運動物體的實時視覺追蹤算法[J];北京航空航天大學學報;2008年03期

8 湯寧;何明一;;視頻監(jiān)視中運動物體檢測的一種新算法[J];電子測量技術;2007年10期

9 王智,羅新民;基于乒乓操作的異步FIFO設計及VHDL實現(xiàn)[J];電子工程師;2005年06期

相關碩士學位論文 前8條

1 徐暢;基于FPGA的單目標跟蹤系統(tǒng)設計[D];南京理工大學;2016年

2 張能;基于FPGA的運動目標跟蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];東華大學;2014年

3 趙娟;基于視頻圖像的運動目標檢測和跟蹤[D];中北大學;2012年

4 李月靜;基于視頻的實時運動目標檢測與跟蹤系統(tǒng)研究[D];西華大學;2012年

5 劉成巖;基于FPGA的圖像采集處理系統(tǒng)設計[D];哈爾濱工程大學;2012年

6 姚運城;基于FPGA的嵌入式視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)研究[D];大連海事大學;2011年

7 胡斌;基于FPGA的運動目標檢測系統(tǒng)設計與研究[D];華南理工大學;2010年

8 張海青;基于FPGA圖像處理系統(tǒng)的關鍵算法研究及硬件實現(xiàn)[D];重慶大學;2010年

本文編號：2665911