手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

基于FPGA的动态背景下移动目标检测系统研究

张中方

  基于视频的移动目标检测是计算机视觉领域的研究热点,涉及到图像处理、模式识别以及人工智能等多个领域。实现实时准确的移动目标检测是进行视频跟踪与分析的前提,具有重大的理论价值与实用价值。目前,虽然各种基本的目标检测算法研究已经趋于成熟,但是在复杂动态背景下,由于不少目标检测算法计算量大,导致实时性差。用嵌入式硬件来实现动态背景下的实时目标检测是解决该问题的一个有效途径。这项研究具有重要的实用价值和市场前景。 FPGA( Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)以其高效的并行性,满足了大量数据处理的需要,非常适用于视频图像处理领域。本文利用FPGA作为硬件开发平台,在研究所多年来对复杂背景下目标检测算法、自适应背景建模和更新算法以及多颜色空间信息融合算法等深入研究的基础上,通过对算法改进优化,实现了动态背景下的移动目标检测。论文分主要研究了以下几个方面的问题: 1.介绍了利用FPGA来实现嵌入式运动目标检测系统的重要意义以及国内外的研究现状。同时介绍了FPGA技术开发平台,主要介绍课题中用到的开发板,以及开发板的选型;详细介绍了Quratus II集成开发环境,基于FPGA的应用系统的开发流程等。 2介绍了目标检测的基础知识和常用方法,详细论述了在动态背景下的目标检测中存在的关键问题和难点——背景的建模和更新方法。对动态背景的建模和更新的基本算法做了一个较系统的分析,发现基于混合高斯模型的背景建模和更新是其中一个比较成熟的方法。由于背景建模计算量很大,迄今为止尚未见到利用硬件电路来实现的背景建模研究。本文利用混合高斯模型的思想,对背景建模进行了优化和近似,努力降低计算复杂度,使之适合于FPGA实现,保证了实时性,实现了简单动态背景下的目标检测。 3.在FPGA中设计硬件电路实现了基于多颜色空间的背景差分算法,实现了基于混合高斯模型思想的背景建模和更新算法。首先获取背景帧图像,然后对背景建立两个混合高斯模型,为了减少运算量,保证实时性,设计中只考虑了均值这一个参数,设计了一个双端口SDRAM控制器,用片外SDRAM来缓存背景模型,同时设计了更新模块来进行模型的更新。然后,将输入的实时视频数据和背景模型进行背景差分,实现移动目标的检测和跟踪。另外还在FPGA中实现了优化的边缘检测算法,对目标进行边缘检测,可以实现对目标轮廓的标定,对目标的识别有重要意义。 本文研究用硬件FPGA来实现背景的建模和更新是一个全新的方向,相关的研究还不多见。论文实现的动态背景建模方法,对于风扇的转动、屏幕的闪烁等比较简单的动态背景效果不错,可以满足实时性要求。但是对于树林、街道等复杂的动态背景建模,由于其计算量很难优化,所以用FPGA等硬件实现还需要进一步的研究。……   
[关键词]:移动目标检测;FPGA;背景建模;混合高斯模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:济南大学2011年
App内打开