基于fpga的运动目标跟踪系统设计与实现

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1、学校代码"i0255学号：2111421基于FPGA的运动目标跟踪系统设计与实现TheDesignofaMotionTracingSystembasedonFPGA学科专业：计算机系统结构作者：张能指导教US：李锋答辩日期．12014年2月东华大学计算机科学与技术学院SchoolofComputerScienceandTechnologyDonghuaUniversity㈣㈣0IIIllllUlllllllllllllY2506215大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在

2、导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：力7妒年大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编

3、本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于／

4、不保密彤学位论文作者躲乡维日期：劢‘纡2，月z阳指导教师躲疹锋日期：年月日基于FPGA的运动目标跟踪系统设计与实现摘要视频中运动目标跟踪是计算机视觉领域中富有挑战性的课题之一，在军事制导、视觉导航、安全监控、智能交通、视频编码、医疗诊断和气象分析等众多领域中有着广阔的应用前景，而处理速度是影响视频处理系统的结构的主要因素，随着FPGA芯片的集成度的越来越高、运算速度的越来越快，价格的越来越低，FPGA芯片逐渐成为视频处理系统的核心器件。本文设计并实现了一个基于

5、FPGA的运动目标跟踪系统。论文在对课题的背景及国内外当前运动目标跟踪系统发展现状总结的基础上，分析了运动目标跟踪的两个核心算法：运动目标检测算法和运动目标跟踪算法。在运动目标检测算法中主要讨论了Antoine、Manzanera等人提出的基于时间序列中值滤波运动检测算法和预处理、后处理问题；在运动目标跟踪算法中主要讨论各种特征点提取算法和基于最小绝对值和的SAD匹配跟踪算法。根据系统要求，论文详细说明了FPGA芯片的整体结构，对FPGA片内的视频图像采集模块、SDRAM控制器模块、FIFO数据缓存模块、VGA视频控制输出模

6、块、PLL时钟锁相环模块进行了电路设计。在片内硬件电路的基础上，论文详细介绍了运动目标检测和运动目标跟踪算法的具体设计与实现。在进行运动目标检测算法设计时，为了避免视频中噪音和光线抖动造成的误差，采用了平滑滤波、运动分析等预处理过程和二值化、膨胀、腐蚀等后处理过程；在实现运动目标跟踪算法时，采用了一种基于特征点的SAD匹配跟踪的算法，在实现算法过程中，保证系统高吞吐率的基础上，采用一种扩展相容路径(ECPB)硬体整合的资源分配和整合演算法，改善了系统的资源消耗。作者利用Modesim、Quartusii、SignalTapi

7、i等EDA工具，在DE2—115评估板上对各模块的电路设计进行了代码验证、时序仿真和综合验证。仿真和测试结果表明，在不同的背景、不同的光线和不同运动速率下，本文所设计的运动目标跟踪系统能够准确跟踪运动目标。关键词：FPGA，运动目标检测，KLT特征点检测，SAD匹配跟踪，形态学滤波TheDesignofaMotionTrackingSystembasedonFPGAABSTRACTVideomovingtargettrackingincomputervisionisoneofthechallengingissuesinthe

8、rich，hasmanypotentialapplicationsinthefieldofmilitaryguidance，navigation，securitysurveillance，intelligenttransportation，videocoding，medicaldiagnosticsandmeteorologicalanalysis，ratherprocessingspeedisthemainfactoraffectingthestructureofavideoprocessingsystem，withmor

9、ehighspeedofoperationandfaster,moreandmorelowprices，FPGAchipisbecomingthecorevideoprocessingsystemintegrationofFPGAchipdevices．Thispaperdesignsan