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《中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)》 2014年
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基于FPGA的目标跟踪算法的设计与实现

赵清华  
【摘要】:运动目标检测与跟踪技术是计算机视觉和智能监控领域研究的基础,该技术被广泛应用在军事和民用等各个领域。目前,各种基本的目标检测跟踪算法的研究已经逐步趋于成熟,但利用硬件实现这些算法仍是当前研究的一个热点。FPGA硬件处理器本身具有处理速度快,并行性处理等特点,非常适用于视频图像处理领域。因此,对基于FPGA的目标跟踪算法研究具有一定的学术意义和工程实用价值。 本文通过介绍国内外运动目标跟踪技术的发展及应用情况,在总结分析各种运动目标跟踪方法的基础上,选用基于背景差分检测的模板匹配跟踪算法,并在Altera公司的DE2-70开发板上,完成运动目标跟踪系统的设计。 首先对三种主流的运动目标检测算法进行分析,介绍了光流法、背景减除法、帧间差分法的基本原理及其优缺点;接着对单目标跟踪方法进行分析,介绍了点跟踪、核跟踪、剪影跟踪和结构模型跟踪的跟踪原理及其特点。经过分析比较,决定采用基于背景差分检测的模板匹配跟踪算法,即先通过背景差分检测提取出运动目标模板,再采用模板匹配跟踪算法对目标进行跟踪,并对复杂、动态背景下目标跟踪的适应性进行了详细的仿真分析。该算法占用资源少,适合在FPGA实现。然后详细介绍了该检测跟踪算法的FPGA实现方案以及该方案的硬件架构和实现过程。 最后在QuartusII9.0软件开发平台上,根据系统模块划分,编写VerilogHDL程序,在搭建的目标跟踪系统上实现了视频图像的采集、运动目标的检测跟踪及显示功能。通过实验结果可以看出,本文设计的目标跟踪系统能够对监控场景中的单目标进行实时检测和跟踪。
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