基于嵌入式图像处理单元的运动目标跟踪系统研究

论文摘要

运动目标跟踪在军事、工业、科研、医学等诸多领域具有非常重要的实用价值和广阔的发展前景。而图像处理单元作为运动目标跟踪系统的核心,其性能的优劣直接决定着跟踪效果。嵌入式系统在实时性、稳定性、可靠性、灵活性、小型化等方面具有很大的优势,随着嵌入式技术的飞速发展,它将在图像处理领域扮演越来越重要的角色。在这样的背景下,本课题研制了一个嵌入式图像处理单元,同时对运动目标跟踪方法进行研究,并最终搭建一个运动目标跟踪实验系统。在深入研究国内外嵌入式图像处理系统发展的基础上,作者以数字信号处理芯片TMS320DM642为核心,根据系统的功能需求以及模块化设计准则,完成了DM642配置模块、存储器扩展模块、视频模块、网络传输模块和电源模块的设计,从而构建了嵌入式图像处理硬件平台。同时对基于颜色的运动目标跟踪方法进行研究。在YUV色彩空间下应用布尔向量描述了一种改进的目标颜色分布空间,并提出了一种基于游程长度编码的改进区域标记算法,有效的解决了游程标记冲突问题,而且占用很少的存储空间,应用其可以快速准确的实现目标的检测与定位,这样再通过运动状态估计和摄像机控制两个环节即可达到跟踪目的。接着利用DSP/BIOS实时操作内核和RF5参考框架,基于模块化设计思想,进行嵌入式图像处理单元软件系统的开发,从而实现视频捕获与显示、目标检测与定位和网络传输等功能。最后,利用相关硬件搭建了运动目标跟踪实验系统,并通过彩色图像分割、目标检测与定位、网络收发及其综合性的跟踪实验验证了软硬件各功能模块和整个系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 运动目标跟踪研究现状
• 1.2.1 运动目标跟踪系统
• 1.2.2 运动目标跟踪方法
• 1.3 嵌入式图像处理系统研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 嵌入式图像处理单元硬件设计
• 2.1 引言
• 2.2 硬件总体设计
• 2.2.1 功能需求分析
• 2.2.2 嵌入式处理器的选择
• 2.2.3 总体方案设计
• 2.3 硬件模块化实现
• 2.3.1 DM642 配置模块
• 2.3.2 存储器扩展模块
• 2.3.3 视频模块
• 2.3.4 网络传输模块
• 2.3.5 电源模块
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于颜色的运动目标跟踪
• 3.1 引言
• 3.2 色彩空间的选择
• 3.3 基于YUV 色彩空间的颜色判断方法
• 3.3.1 传统的颜色判断方法
• 3.3.2 改进的颜色判断方法
• 3.4 目标检测与定位
• 3.4.1 算法描述
• 3.4.2 关键问题的分析与解决
• 3.5 目标绝对位置的确定
• 3.6 运动状态估计
• 3.7 本章小结
• 第4章 嵌入式图像处理单元软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 视频捕获与显示驱动程序设计
• 4.3 应用程序总体设计
• 4.3.1 DSP/BIOS 配置文件的建立
• 4.3.2 线程的选择
• 4.3.3 应用程序框架的建立
• 4.4 应用程序模块化实现
• 4.4.1 初始化模块
• 4.4.2 网络传输模块
• 4.4.3 视频应用模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 运动目标跟踪实验系统
• 5.1 引言
• 5.2 跟踪实验系统体系结构
• 5.2.1 实验系统硬件结构
• 5.2.2 实验系统软件结构
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 彩色图像分割实验
• 5.3.2 目标检测与定位实验
• 5.3.3 网络收发实验
• 5.3.4 跟踪实验
• 5.4 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