基于SOPC的視頻監(jiān)控及捕獲跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是由PC機(jī)和相應(yīng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致其無(wú)法便攜和在野外復(fù)雜環(huán)境使用，靈活度降低，成本也相對(duì)較高，在應(yīng)用上受到很多制約。隨著現(xiàn)代SOPC技術(shù)的發(fā)展，把原來(lái)在一個(gè)電路板上實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)集成到一小塊半導(dǎo)體芯片上去成為了更好的選擇方案。本論文提出在Altera公司的FPGA上構(gòu)建一個(gè)SOPC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲跟蹤功能的監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)應(yīng)用于背景固定，攝像頭固定，目標(biāo)移動(dòng)的前提下，通過(guò)對(duì)某一目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控，分析采集到的

2、圖像信息，檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)并計(jì)算記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡，為行為判斷提供基礎(chǔ)。
　　 本論文首先探討了單目標(biāo)單攝像頭的視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)理論體系，研究了基于幀間差分的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別算法和基于標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法，研究了其優(yōu)缺點(diǎn)和適用環(huán)境以及其硬件實(shí)現(xiàn)方法。然后闡述了跟蹤系統(tǒng)總體架構(gòu)，系統(tǒng)工作流程分為四步:第一步為視頻圖像采樣，第二步為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及捕獲，第三步為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)特征跟蹤，第四步為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡分析。
　　 在圖像采

3、集方面，選用了CMOS工藝的MT9M(0)11芯片，并研究了該芯片的工作配置模式和工作原理，并在SOPC內(nèi)部根據(jù)其讀寫(xiě)時(shí)序，設(shè)計(jì)一個(gè)I2C控制器模塊用于對(duì)其進(jìn)行配置。其次針對(duì)監(jiān)控環(huán)境，對(duì)比了幾種常用的目標(biāo)檢測(cè)算法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了幀間差分法作為檢測(cè)算法，通過(guò)對(duì)相鄰幀的對(duì)比來(lái)有效識(shí)別運(yùn)動(dòng)的物體，并在SOPC中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)此算法的軟核IP模塊。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)后，送入標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，論文研究了該粒子濾波跟蹤

4、IP核五個(gè)部分設(shè)計(jì)原理，分別是粒子采樣，權(quán)值計(jì)算，重采樣，粒子裂變，結(jié)果輸出，F(xiàn)PGA的硬件電路能在處理大量粒子運(yùn)算時(shí)凸顯出良好的實(shí)時(shí)性。最后是整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)果輸出部分，本論文在SOPC中嵌入VGA視頻輸出接口，可以外接VGA顯示設(shè)備，輸出信息包括監(jiān)控場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　 最后整合SOPC系統(tǒng)的各個(gè)模塊，將各個(gè)獨(dú)立的IP模塊通過(guò)Avalon總線與NiosⅡ處理器建立主從關(guān)系，成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。對(duì)該SOPC進(jìn)行