[發(fā)明專利]基于概率密度統(tǒng)計的小型化實時目標跟蹤處理系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108230228B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發(fā)明（設計）人: 王闖;劉碩;賀瑩;李博;賈超群;王海鵬
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06T7/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 郭平

本發(fā)明屬于嵌入式計算機視頻處理技術領域，特別是涉及一種基于概率密度統(tǒng)計的小型化實時目標跟蹤處理系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種小型化低功耗的實時圖像跟蹤處理系統(tǒng)，采用FPGA作為系統(tǒng)控制和圖像處理的核心，充分發(fā)揮FPGA硬件化并行化處理的特性完成外部紅外及白光相機圖像采集控制、濾波預處理及目標跟蹤的迭代搜索全部過程并達到50fps的實時處理速度，而不使用CPU或DSP處理器；使用串行總線接收主控端發(fā)送的控制指令在白光1X、白光2X和紅外顯示三種顯示模式及觀察模式和跟蹤模式兩種工作狀態(tài)之間切換，并實時發(fā)送檢測出的目標位置信息；采用了一種易于FPGA并行實現(xiàn)的基于概率密度統(tǒng)計的線性目標跟蹤算法，通過一次遍歷即可實現(xiàn)對目標的檢測；同時系統(tǒng)采用了多功能模塊疊層的架構保證系統(tǒng)具有較小的體積。

技術領域：

本發(fā)明屬于嵌入式計算機視頻處理技術領域，特別是涉及一種基于概率密度統(tǒng)計的小型化實時目標跟蹤處理系統(tǒng)。

背景技術：

實時圖像跟蹤處理技術在導彈末端制導，火炮光瞄控制器、特種狙擊槍目標自動鎖定等領域中有著廣泛的應用，但是一方面由于視頻圖像信號維度高，對其處理所需要的計算復雜度高，另一方面，由于空間的限制，這類系統(tǒng)往往對安裝位置及體積大小有較高的要求。故在目標跟蹤系統(tǒng)，尤其是嵌入式實時目標跟蹤系統(tǒng)中，對圖像序列的實時處理能力及小型化程度一直是影響系統(tǒng)性能的核心因素。

劉偉，基于DM6437硬件平臺的智能目標跟蹤系統(tǒng)設計，西安文理學院學報：自然科學版，Vol.18 No.2,2015,p37-41中提出了一種智能目標視頻跟蹤系統(tǒng)的設計方法，其硬件平臺采用DM6437開發(fā)板，軟件采用均值漂移算法，利用顏色信息、形狀信息實現(xiàn)了在簡單背景下對遙控小車的跟蹤。但是采用開發(fā)板作為核心處理單元構建的跟蹤系統(tǒng)結構略顯粗糙，其移植性較差，體積較大，不能滿足對體積限制約束較大的應用場合；而且文中所采用的為標清復合視頻，其分辨率較低，對于對圖像分辨率要求較高的應用場合也不合適；此外，文章采用基于指令順序執(zhí)行的處理器，這種串行處理架構運算效率較低，無法實現(xiàn)并行加速，當圖像分辨率較高或運算復雜時無法達到實時的處理速度。

發(fā)明內容：

本發(fā)明的目的是：

解決現(xiàn)有圖像跟蹤系統(tǒng)體積較大，并行化程度低，在圖像分辨率較大時無法實現(xiàn)實時跟蹤的問題。

本發(fā)明的技術方案是：

本發(fā)明提出一種小型化低功耗的實時圖像跟蹤處理系統(tǒng)，采用FPGA作為系統(tǒng)控制和圖像處理的核心，充分發(fā)揮FPGA硬件化并行化處理的特性完成外部紅外及白光相機圖像采集控制、濾波預處理及目標跟蹤的迭代搜索全部過程并達到50fps的實時處理速度，而不使用CPU或DSP處理器；使用串行總線接收主控端發(fā)送的控制指令在白光1X、白光2X和紅外顯示三種顯示模式及觀察模式和跟蹤模式兩種工作狀態(tài)之間切換，并實時發(fā)送檢測出的目標位置信息；采用了一種易于FPGA并行實現(xiàn)的基于概率密度統(tǒng)計的線性目標跟蹤算法，通過一次遍歷即可實現(xiàn)對目標的檢測；同時系統(tǒng)采用了多功能模塊疊層的架構保證系統(tǒng)具有較小的體積。

基于概率密度統(tǒng)計的小型化實時目標跟蹤處理系統(tǒng)，系統(tǒng)包含三個子模塊，分別為電源模塊PSM，視頻處理模塊VPM和輸入輸出接口模塊IOM；其中電源模塊PSM完成電源二次轉換，按照需要給紅外相機及白光相機、彩色屏以及輸入輸出接口模塊IOM和視頻處理模塊VPM供電，并產(chǎn)生系統(tǒng)復位信號；輸入輸出接口模塊IOM提供紅外相機及白光相機、彩色屏的工作模式配置接口和外部控制板的通信接口；視頻處理模塊VPM完成紅外及白光相機的視頻解碼、跟蹤切換、疊加顯示控制及圖像跟蹤處理功能；三個子模塊之間采用板間連接器直接連接；本系統(tǒng)具有白光1X顯示、白光2X顯示和紅外顯示三種顯示模式；系統(tǒng)具有觀察模式和跟蹤模式兩種工作狀態(tài)。