基于多DSP和FPGA的實時雙模視頻跟蹤裝置設計

1、引言

　　隨著現(xiàn)代高速處理器的迅猛發(fā)展，圖像處理技術也日益成熟。其中，移動目標的視頻檢測與跟蹤是圖像處理、分析應用的一個重要領域，是當前相關領域的研究前沿。移動目標視頻檢測與跟蹤技術，在機器人視覺、交通監(jiān)測、可視預警、機器導航等民用領域有著廣泛的應用，同時在火力攔截、導彈電視和紅外視頻制導等軍用方面也發(fā)揮著重要作用。基于二維轉臺以DSP和FPGA為核心器件構成的視頻識別和跟蹤裝置，可工作于電視圖像或紅外兩個波段，實現(xiàn)圖像跟蹤各項功能。本文提出的跟蹤算法與設計的跟蹤裝置可在一定程度上解決視頻跟蹤精度低、處理速度慢的問題，同時本視頻跟蹤裝置也可作為進一步研究圖像處理與跟蹤控制的平臺。

　　2、視頻跟蹤裝置的硬件設計

　　圖像處理最主要的是實時性、可靠性和精確度。針對圖像處理速度慢的問題，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時性和效果中選擇最優(yōu)的圖像處理算法。針對圖像跟蹤可靠性問題，采用雙模式復合制導，由處理器根據(jù)信號的置信度來選擇跟蹤模式。針對圖像形心跟蹤算法的精度問題，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處理模塊硬件組成

　　為達到實時處理圖像信號信息，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，使用了兩片相對價格低廉一些的TMS320C6201實現(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，同時實現(xiàn)部分的圖像預處理功能。

　　本視頻跟蹤裝置的圖像信號處理模塊主要硬件構成如圖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，用來采集視頻圖像信息。A/D轉換將拍攝到的模擬圖像信號轉為8位數(shù)字信號送FPGA處理，同步信號接受攝像機的行同步和場同步信號也送入FPGA。一部分處理的結果直接經(jīng)D/A轉換器送監(jiān)視器顯示。SDRAM數(shù)據(jù)存儲區(qū)存儲背景圖像數(shù)據(jù)。一路在FPGA進行背景差分、4×4滑動平均、去陰影后形成的移動目標信號濾波后送到其中一塊TMS320C6201執(zhí)行基于分割的改進型形心跟蹤算法，另一路則經(jīng)過濾波后送入另一片TMS320C6201執(zhí)行相關跟蹤算法，然后由決策融合模塊的TMS320C6416根據(jù)兩路信號的置信度來選擇跟蹤模式，達到并行雙模式圖像復合跟蹤。最后將目標位置信號進行轉化后輸送到運動控制器控制二維轉臺對移動目標進行實時跟蹤。