基于FPGA的目标跟踪系统设计与研究

论文摘要

随着电子技术的快速发展,计算机的性能得到了极大的提高,使得利用计算机实现人类的视觉功能成为目前计算机领域中最热门的课题之一。基于视频的目标检测与跟踪技术是计算机视觉领域中最主要的研究方向之一,它是智能监控、人机交互、移动机器人视觉导航、工业机器人手跟系统等应用的基础和关键技术。在科学研究和工程应用上都有十分诱人的前景。论文提出了以FPGA为核心的思想,设计出一套应用于背景静止视频序列的动态目标检测与跟踪系统。通过位置固定的摄像头监控某一区域,分析摄像头采集到的动态视频序列,计算出目标的运动参数。与传统的基于PC机的视频动态目标跟踪系统相比,适应了目标跟踪系统对图像处理速度的实时性与数据带宽越来越高的要求,同时成本较低、设计更灵活,而且硬件重构性好、处理速度快、系统易于升级。论文的主要工作包括:构建目运动标跟踪系统软件平台和硬件平台。应用MATLAB对目标检测算法进行仿真分析比较。采用Synplify Pro、ModelSim和TimingDesigner等各种EDA软件工具对系统中各个层次的模块进行时序设计、代码编写、仿真验证等。最后使用QuartusⅡ将整个系统工程文件综合、布局布线。在察看时序报告无误后,将系统配置文件下载至FPGA开发板中。实现结果表明:所设计的系统能很好地工作在FPGA中,实现了设计要求,为视觉智能监控打下基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 视觉跟踪系统研究现状
• 1.2.1 视觉跟踪问题分类
• 1.2.2 处理视觉跟踪问题的两种思路
• 1.2.3 视觉跟踪系统方案比较
• 1.3 课题的意义及特点
• 1.4 论文的内容及结构
• 第二章 数字图像处理技术
• 2.1 图像处理基本概念
• 2.2 色彩空间理论
• 2.2.1 RGB色彩空间
• 2.2.2 YCbCr色彩空间
• 2.2.3 Gray灰度空间
• 2.3 运动目标检测算法
• 2.4 基于Matlab的算法仿真
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 系统总体方案分析与设计
• 3.1.1 系统整体结构
• 3.1.2 系统功能
• 3.2 系统设计流程
• 3.3 系统开发平台
• 3.4 Cyclone Ⅱ器件
• 第四章 硬件架构设计
• 4.1 视频采集模块设计
• 4.1.1 视频解码模块功能
• 4.1.2 视频信号简介
• 2C软IP核设计'>4.1.3 I²C软IP核设计
• to_VGA显示模块的设计'>4.2 PAL_to_VGA显示模块的设计
• 4.2.1 itu-r656解码模块设计
• to_RGB模块设计'>4.2.2 YCbCr_to_RGB模块设计
• 4.2.3 VGA显示模块设计
• 4.3 图像处理模块设计
• 4.3.1 图像处理模块功能
• 4.3.2 图像处理模块硬件设计
• 4.3.3 SDRAM控制器
• 4.4 仿真与验证
• 2C配置模块仿真'>4.4.1 I²C配置模块仿真
• 4.4.2 itu-r656模块仿真
• 4.4.3 图像处理模块仿真
• 第五章 SoPC和Nios Ⅱ处理器设计
• 5.1 基于FPGA的SoPC技术
• 5.1.1 IP核的设计与重用
• 5.1.2 可重用片上系统设计方法
• 5.2 系统硬件的SoPC开发
• 5.2.1 SoPC系统的构建
• 5.2.2 Nios Ⅱ处理器
• 5.2.3 Avalon总线
• 5.2.4 硬件开发
• 5.3 基于IDE的软件开发
• 5.3.1 Nios Ⅱ IDE
• 5.3.2 软件设计
• 5.3.3 形心算法
• 5.3.4 运动参数计算
• 第六章 系统测试与实现
• 6.1 板级模块测试
• 6.1.1 图像解码模块
• 6.1.2 VGA模块
• 6.1.3 图像处理模块
• 6.2 系统实现
• 6.3 系统性能参数
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 本设计特点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文