基于dsp+fpga结构的图像跟踪系统的设计

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1、2009年4月枣庄学院学报Apr．2009第26卷第2期JOURNALOFZAOZHUANGUNIVERSITYV01．26N0．2基于DSP+FPGA结构的图像跟踪系统的设计蔡田芳(枣庄学院物理与电子工程系，山东枣庄277160)[摘要】介绍了一种基于DSP+FPGA结构的小波图像处理系统设计方案，以高性能数字信号处理器TMS320C6711BFPGA作为核心，结合现场可编程门阵列，实现了实时数字图像处理．[关键词]数字信号处理；图像处理；小波变换FPGA[中图分类号】TN911．73[文献标识码]A[文章编号]1004

2、—7077(2009)02—0046—030引言近年来，国内外数字图像跟踪系统普遍利用高速数字信号处理器DSP为核心硬件，在软件上不断改进原有算法和提出新算法，同时借助DSP的不断更新换代来提高硬件的处理能力，使实时数字图像实时处理变成可能，同时在准确性、实时性方面变得更加精确、迅速，从而满足了自动目标识别系统在动态战术环境下的性能要求．随着数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列器件(FPGA)的发展，采用DSP+FPGA的数字硬件系统显示出其优越性，可把二者的优点结合在一起，兼顾速度和灵活性．因此该结构正愈来愈得到人

3、们的重视，应用的领域也越来越广泛，所以本文就是基于DSP+FPGA结构的边沿相关处理系统的设计．1DSP+FPGA图像处理系统统整体硬件构架一处理模块-AC~H1K100图1图像处理系统硬件框图本系统以C6711为核心，辅助以现场可编程门阵列FPGA及高速A／D等器件构成实时高速数字图像处理系统．系统硬件框图如图1所示．该图像处理系统的工作原理是：由CCD采集输出的模拟图像信号，经过高速A／D将模拟信号转换为数字信号．数字图像信[收稿日期]2009—03—2[作者简介]蔡田芳(1979一)，女，山东临沂人，枣庄学院物理与电

4、子工程系助教、工学硕士，主要从事嵌入式系统方面的研究；E—mail：fange~0812@163．com·46·蔡田芳基于DSP+FPGA结构的图像跟踪系统的设计号经FPGA做预处理后，DSP读出FIFO中的行数据并存入外部的SDRAM中，一帧图像有512行，在最后一行时会收到系统的帧中断，收到帧中断后，DSP对一帧图像进行处理，并将处理后的一帧图像数据逐行送入输出帧存储器IDT71V424中，在系统控制下，输出帧存储器中的数据由32bit转换为16bit，然后逐行输出到FIFO缓存中．该系统方案考虑了系统处理的实时性、硬

5、件系统的规模及系统调试的难度等因素．2功能模块设计2．1采集模块Sony公司的EVI—lOOP型CCD摄像机具有采集范围广、速度快、分辨率高的特点，可满足系统对图像进行实时采集的要求，Philips公司的视频A／D芯片SAA7111_3的奇偶场信号RTSO、场IN步信号VREF、行IN步信号HIREF等都由管脚直接引出，省去了以往的时钟IN步电路的设计，可靠性也有所提高．因此，本文基于EVI—lOOP型CCD摄像机和SAA7111-3芯片进行了硬件设计．2．2处理模块2．2．1FPGA图像预处理子块在图像处理中，底层信号预

6、处理算法要处理的数据量很大，速度要求高，但算法(包括图像增锐、~JJt_归一化和消噪滤波等)结构相对比较简单，为兼顾灵活性及处理速度，采用FPGA实现是一种有效的方法．本系统图像预处理子块的FPGA采用Ahera公司的ACEX1KIO0芯片，FPGA配置EEPtlOM采用Altera公司的EPC2芯片．2．2．2DSP图像处理子块图像分割、匹配等高层图像处理算法的特点是所处理的数据量较底层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度快、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现．本模块以TI公司的TMS320C6711B

7、DSP芯片为核心设计DSP图像处理子块．2．3系统控制模块基于大规模可编程器件的时序与逻辑控制设计是视频板设计中采用的重要手段，在实现复杂系统功能的同时，5L便于板级调试与功能升级，故本系统的系统控制部分采用FPGA芯片实现．本系统用FPGA来实现A／D转换器的采样时钟控制、系统时序控制、IN步电路、地址发生器和数据／地址输出电路等，来对整个系统进行控制．3图像处理算法3．1概述当前图像跟踪的方法很多，如质心法、相关法、边沿法等．其中相关跟踪方法具有很多独特的优点：对图像质量要求不高，可在低信噪比的条件下正常工作，能适应较

8、复杂结构的目标和背景．在工程实现上，目前的相关跟踪算法存在着两个主要问题：一是计算量大，难于实时实现；二是跟踪目标易受背景影响，在复杂背景下容易丢失目标．问题的根源是目前的算法还是基于图像灰度空间的匹配，如果在特征空间去匹配，问题会得到解决．利用目标图像的边沿特征作为相关跟踪的匹配条件，对提取边沿后的图