基于FPGA和Nios II的视频运动目标检测系统

论文摘要

视频运动目标检测系统能够实现对视频序列中运动目标的检测,是智能监控系统的重要组成部分。在军事、商业、工业等领域,视频运动目标检测系统都拥有广阔的应用前景。本设计基于FPGA技术和Nios II软核处理器,使用软硬件划分的方法进行了系统设计,实现了视频运动目标检测系统。该系统对CMOS图像传感器MT9M011所采集到的视频序列进行处理,得到运动目标检测结果,并将检测结果通过VGA显示器实时显示出来。整个系统被分为运动目标检测模块与视频采集子系统两个部分。其中,运动目标检测模块和视频采集子系统中的CMOS图像传感器控制器、VGA控制器通过硬件实现。这些模块以从设备的形式在Avalon总线上连接起来。Nios II软核处理器通过系统数据调度软件控制各个模块间的数据交换,最终实现系统功能。在设计实现的过程中,首先进行了系统方案设计。然后研究了运动目标检测算法,并选择帧间差分法作为系统算法,进行了运动目标检测模块的硬件设计。之后,进行了视频采集子系统的实现,其中包括视频采集子系统总体结构设计、各硬件模块设计、数据调度软件的开发等。最后,进行了系统硬件集成、软硬件协同调试以及最终的系统功能测试。最终设计的视频运动目标检测系统能够实现普通室内环境下的视频运动目标检测。由于本系统使用了软硬件划分的方法,一方面将运算量较大的运动目标检测、图像采集、图像显示等功能单元使用硬件实现,获得了较好的实时性;另一方面将模块设计为Avalon总线设备,并使用软件进行模块间的数据调度,使得本系统具有硬件功能模块可重用、图像数据调度方法简单等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 运动目标检测系统简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 小结
• 第2章 系统概述
• 2.1 系统框图与实现方案
• 2.2 关键技术与子系统
• 2.2.1 运动目标检测算法
• 2.2.2 Avalon 总线
• 2.2.3 Nios II 软核处理器
• 2.2.4 视频采集子系统
• 2.3 硬件平台与开发流程
• 2.3.1 硬件平台
• 2.3.2 开发流程
• 2.4 本章小结
• 第3章 运动目标检测模块
• 3.1 运动目标检测模块概述
• 3.1.1 运动目标检测算法的选择
• 3.1.2 运动目标检测模块框图
• 3.2 运动目标检测算法MATLAB 建模与算法验证
• 3.2.1 帧间差分法的MATLAB 算法模型
• 3.2.2 帧间差分法的MATLAB 仿真结果
• 3.3 运动目标检测模块硬件实现
• 3.3.1 运动目标检测模块组成框图
• 3.3.2 运动目标检测模块信号列表
• 3.3.3 运动目标检测模块工作流程
• 3.4 运动目标检测模块仿真与综合结果
• 3.4.1 运动目标检测模块仿真结果
• 3.4.2 运动目标检测模块综合结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 视频采集子系统与系统测试
• 4.1 视频采集子系统概述
• 4.1.1 视频采集子系统整体框图
• 4.1.2 硬件模块介绍
• 4.2 CMOS 图像传感器控制器的实现
• 4.2.1 MT9M011 图像传感器
• 4.2.2 CMOS 图像传感器控制器框图
• 4.2.3 CMOS 图像传感器控制器输入输出信号
• 4.2.4 CMOS 图像传感器控制器功能测试
• 4.2.5 CMOS 图像传感器控制器综合结果
• 4.3 VGA 控制器的实现
• 4.3.1 VGA 时序
• 4.3.2 VGA 控制器框图
• 4.3.3 VGA 控制器输入输出信号
• 4.3.4 VGA 控制器功能测试
• 4.3.5 VGA 控制器综合结果
• 4.4 视频采集子系统数据调度软件
• 4.5 视频采集子系统功能测试
• 4.6 系统总体测试
• 4.6.1 系统集成
• 4.6.2 系统硬件综合与网表生成
• 4.6.3 系统功能测试
• 4.6.4 系统性能分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢