基于多DSP和FPGA的實(shí)時(shí)雙模視頻跟蹤裝置設(shè)計(jì)

1、引言

　　隨著現(xiàn)代高速處理器的迅猛發(fā)展，圖像處理技術(shù)也日益成熟。其中，移動(dòng)目標(biāo)的視頻檢測(cè)與跟蹤是圖像處理、分析應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究前沿。移動(dòng)目標(biāo)視頻檢測(cè)與跟蹤技術(shù)，在機(jī)器人視覺(jué)、交通監(jiān)測(cè)、可視預(yù)警、機(jī)器導(dǎo)航等民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在火力攔截、導(dǎo)彈電視和紅外視頻制導(dǎo)等軍用方面也發(fā)揮著重要作用。基于二維轉(zhuǎn)臺(tái)以DSP和FPGA為核心器件構(gòu)成的視頻識(shí)別和跟蹤裝置，可工作于電視圖像或紅外兩個(gè)波段，實(shí)現(xiàn)圖像跟蹤各項(xiàng)功能。本文提出的跟蹤算法與設(shè)計(jì)的跟蹤裝置可在一定程度上解決視頻跟蹤精度低、處理速度慢的問(wèn)題，同時(shí)本視頻跟蹤裝置也可作為進(jìn)一步研究圖像處理與跟蹤控制的平臺(tái)。

　　2、視頻跟蹤裝置的硬件設(shè)計(jì)

　　圖像處理最主要的是實(shí)時(shí)性、可靠性和精確度。針對(duì)圖像處理速度慢的問(wèn)題，考慮從硬件和和軟件兩方面解決：一是選擇高速的DSP和FPGA為核心器件；二是從平衡圖像處理的實(shí)時(shí)性和效果中選擇最優(yōu)的圖像處理算法。針對(duì)圖像跟蹤可靠性問(wèn)題，采用雙模式復(fù)合制導(dǎo)，由處理器根據(jù)信號(hào)的置信度來(lái)選擇跟蹤模式。針對(duì)圖像形心跟蹤算法的精度問(wèn)題，采取基于去圖像陰影的圖像跟蹤算法。

　　2.1 視頻跟蹤裝置的圖像信號(hào)處理模塊硬件組成

　　為達(dá)到實(shí)時(shí)處理圖像信號(hào)信息，我們選擇3片高速DSP作為核心處理器。其中用作信息融合的是TMS320C6416，在跟蹤模塊中，使用了兩片相對(duì)價(jià)格低廉一些的TMS320C6201實(shí)現(xiàn)并行圖像跟蹤算法。配合DSP工作的外圍邏輯電路，我們采用xlinix公司的XCV400E型FPGA，同時(shí)實(shí)現(xiàn)部分的圖像預(yù)處理功能。

　　本視頻跟蹤裝置的圖像信號(hào)處理模塊主要硬件構(gòu)成如圖1所示：以電視圖像波段為例，圖像采集模塊的傳感器是面陣CCD攝像機(jī)，用來(lái)采集視頻圖像信息。A/D轉(zhuǎn)換將拍攝到的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)為8位數(shù)字信號(hào)送FPGA處理，同步信號(hào)接受攝像機(jī)的行同步和場(chǎng)同步信號(hào)也送入FPGA。一部分處理的結(jié)果直接經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送監(jiān)視器顯示。SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)背景圖像數(shù)據(jù)。一路在FPGA進(jìn)行背景差分、4×4滑動(dòng)平均、去陰影后形成的移動(dòng)目標(biāo)信號(hào)濾波后送到其中一塊TMS320C6201執(zhí)行基于分割的改進(jìn)型形心跟蹤算法，另一路則經(jīng)過(guò)濾波后送入另一片TMS320C6201執(zhí)行相關(guān)跟蹤算法，然后由決策融合模塊的TMS320C6416根據(jù)兩路信號(hào)的置信度來(lái)選擇跟蹤模式，達(dá)到并行雙模式圖像復(fù)合跟蹤。最后將目標(biāo)位置信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化后輸送到運(yùn)動(dòng)控制器控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。