[實用新型]一種基于FPGA的目標跟蹤設備

有效

• 申請號: 201720101532.3
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN206559469U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 葉文強;于起;甘淞元;蔣承知
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N7/18;G06K9/46
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 胡曉男

技術領域

本實用新型涉及嵌入式技術領域，具體涉及一種基于FPGA的目標跟蹤設備。

背景技術

目標跟蹤技術一直是計算機視覺研究領域中的熱點之一，其在軍事偵察、精確制導、火力打擊、戰場評估以及安防監控等諸多方面均有廣泛的應用前景。

近年來目標跟蹤技術發展取得了很大進步。研發出了多個性能優良的跟蹤器，可以在簡單場景中實時跟蹤目標。應用假設可以使跟蹤的問題簡單化( 如平滑的運動、少量阻塞、光照恒定性、高對比度背景等) ，但這些假設在現實場景中是不存在的，限制了其在自動化監控、人機交互、視頻檢索、交通監控、車輛導航等應用領域的應用。目標跟蹤的難點在于：目標外觀隨時間而變化，如尺度變化、旋轉、超平面旋轉、光照變化引起的目標顏色劇烈及不均勻變化、非剛體形變、視角變化引起的外觀變化等；背景復雜多變，使建模難度增加且目標容易淹沒在背景中；多個目標出現咬合阻塞現象的處理；由于相機不穩、相機幀頻、傳感器等原因造成高速運動目標的模糊；完全遮擋或丟失后造成的時間不連續，而后目標重新出現。

深度學習的提出使得人工神經網絡重新成為機器學習最重要的算法之一。通過深度學習的方法構建深度學習網絡抽取特征是目前目標和行為識別中得到關注的研究方向。由于深度學習可以無監督地從數據中學習到特征，而這種學習方式也符合人類感知世界的原理，因此當訓練樣本足夠多的時候，深度學習學習到的特征具有語義特征，更適合目標跟蹤與識別。谷歌虛擬人腦，百度大腦等深度學習框架是人工智能在目標識別上的重要運用。但是深度學習在目標跟蹤上的運用面臨功耗，規模，速度的問題。因此目前基于深度學習的目標跟蹤很難在現實生活中運用。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于FPGA的目標跟蹤設備。

技術方案如下：

一種基于FPGA的目標跟蹤設備，嵌入到被控對象上，目標跟蹤設備包括：

攝像頭數據采集模塊；

識別前方圖像中的跟蹤目標并根據選取的跟蹤目標產生跟蹤控制信號的FPGA開發板；

實時顯示經FPGA開發板識別的前方圖像中的目標圖像并從中選取跟蹤目標的LCD顯示屏模塊；

攝像頭數據采集模塊安裝到被控對象上方，攝像頭數據采集模塊的數據傳輸端口與FPGA開發板IO端口連接，FPGA開發板與LCD顯示屏模塊雙向連接，FPGA開發板的控制信號輸出端口連接被控對象的控制輸入端。

標跟蹤的FPGA開發板，FPGA開發板包括兩部分：目標識別模塊和控制信號輸出模塊；目標識別模塊的輸入端連接攝像頭數據采集模塊的輸出端，控制信號輸出模塊的輸入端連接目標識別模塊的輸出端，控制信號輸出模塊的輸出端連接被控對象的控制輸入端；

目標識別模塊，識別的前方圖像中的目標圖像：對攝像頭數據采集模塊采集的被控對象前方圖像數據，采用過分割的方式將圖像分割成多個小圖像，并按照顏色相似、紋理相似有限合并等合并規則對過分割的小圖像進行合并處理，產生1000~2000個候選目標圖像；用卷積神經網絡對每個候選目標圖像進行深度特征提取，再將每個候選目標圖像提取的深度特征送入各目標分類器中進行目標識別，得到多個目標圖像。

控制信號輸出模塊，以前方圖像的中心點為原點，建立二維直角坐標系，如果跟蹤目標在原點的左側則輸出向左的方向控制信號給被控對象，如果跟蹤目標在原點的右側則輸出向右的方向控制信號給被控對象，如果跟蹤目標在原點的正前方則輸出直行方向控制信號給被控對象。

有益效果：

使用攝像頭數據采集模塊采集攝像頭前方圖像信息，圖像數據信息通過USB傳輸到基于實現神經單元網絡的FPGA開發板，該USB采用USB3.0版本，可以實現圖像數據實時快速傳輸，圖像傳輸的實時性，有效性，實現神經單元網絡的FPGA開發板處理圖像數據，識別目標，將產生的識別信息，一方面，FPGA開發板擺脫傳統的嵌入式的串行計算模型，利用自身硬件資源實現大規模的硬件并行計算，可快速實現目標跟蹤等算法，快速地實現目標識別，控制信號的產生，使得跟蹤的實時性更強；另一方面，FPGA開發板具有現場可編程特性，當面對更復雜場景，識別更復雜目標時，該設備可修改神經網絡大小，FPGA開發板將圖像信息顯示在LCD顯示屏模塊上，用戶通過觸摸LCD顯示屏模塊選擇被跟蹤目標，該設備具有良好的交互性，方便使用，并且FPGA開發板將產生的控制信號與被控制物體相連，實現被控制物體的目標跟蹤。

附圖說明

圖1是本實用新型的基于FPGA的目標跟蹤設備連接框圖。

具體實施方式