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视频运动目标跟踪器的研究与设计

陈伦海

  随着集成电路深亚微米工艺技术和SOC(片上系统)技术的快速发展,集成电路芯片性能得到了极大的提高,复杂度更高的算法功能模块可以集成在单片芯片之中。目前,基于专用集成电路实现机器视觉已经成为最热门的研究课题之一,其中,视频运动目标跟踪技术作为计算机科学、模式识别、人工智能、图像处理等多学科的结晶,是机器视觉领域重要的研究方向。随着理论算法和硬件处理技术的不断发展,视频运动目标跟踪技术已经应用在雷达探测、武器导航等军工领域以及智能视频监控、车辆跟踪、自动驾驶、人机交互等民用领域,并具备更为广泛的应用前景。因此,研究并开发视频运动目标跟踪器具有重要的现实意义。 本文设计了一种在静止背景下可实现对动态视频目标跟踪的专用集成电路芯片。首先,给出芯片的设计技术指标,搭建整块芯片数字系统的总体结构。接着,对芯片内的视频图像采集模块、SDRAM控制器模块、图像格式转换模块、中值滤波模块、图像边缘检测模块、SAD匹配跟踪模块以及VGA控制器模块进行电路设计。其中,在中值滤波模块的设计中采用了快速中值滤波算法,以提高芯片的处理速度;在图像边缘检测模块,提出了一种对改进型Sobel边缘检测算法进行简化的算法,减少了芯片的面积;而在SAD匹配跟踪模块中,提出了一种结合HSV颜色空间的SAD匹配跟踪算法,克服了算法受光照的影响。然后,采用Leda、VCS、Design Compiler等EDA工具,对各模块的电路设计进行代码验证、时序仿真、综合等,并给出仿真测试的结果。最后,基于和舰科技0.18μm CMOS工艺,对所设计芯片进行了版图设计以及FPGA验证。 仿真和测试结果表明,在运动目标大小为16×16像素和最大移动速度为4m/s的静止背景下,本文设计的芯片处理速度可达到50帧/秒以上,系统运行的最高工作频率为100MHz,并且对运动目标跟踪的准确率高于90%。因此,所研制芯片达到预期的设计技术指标要求。……   
[关键词]:视频运动目标跟踪器;中值滤波;图像边缘检测;SAD匹配跟踪
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:暨南大学2011年
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