多级模板图像匹配算法在FPGA上的研究与应用

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目多级模板图像匹配算法在FPGA上的研究与应用学科专业电路与系统学号201021050331作者姓名薛顺瑞指导教师高原万方数据分类号密级注1UDC学位论文多级模板图像匹配算法在FPGA上的研究与应用（题名和副题名）薛顺瑞（作者姓名）指导教师高原副研究员电子科技大学光电信息学院（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电路与系统提交论文日期

2、2013.4论文答辩日期2013.5学位授予单位和日期电子科技大学2013年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据RESEARCHANDAPPLICATIONOFTHEMULTI-TEMPLATEMATCHINGALGORITHMBASEDONFPGAAThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:circuitandsystemAuthor:XueShunruiAdvisor:

3、GaoYuanSchool:SchoolofOptoelectronicInformation万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规

4、定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要在跟踪器逼近地面目标的过程中，由于当目标成像尺度发生较大范围变化，以及跟踪器自身运动时可能导致目标成像发生一定角度旋转，因此锁定目标过程中必须对模板进行刷新。但模板刷新引入图像匹配误差会影响跟踪精度，为此在这背景下考虑采用多

5、模板灰度图像匹配算法，以充分保留图像信息，同时由于模板中包含旋转和尺度信息，具有较好的抗干扰能力，特别适合复杂背景条件下的目标跟踪。本文利用基于多模板的灰度图像匹配算法，有效的解决因目标旋转和放大而导致的跟踪性能下降问题并减少了模板的刷新次数。由于多模板匹配算法复杂度高、计算量大、耗时多等缺点，以至于该算法单独使用DSP芯片难以达到实时性要求。FPGA芯片具有并行和流水线操作的特性，采用FPGA芯片来并行实现多模板匹配算法，有效的缩短匹配时间从而达到实时性要求。结合FPGA擅长加减运算的特点，多模板匹配算法中的相

6、关度量函数选用只有加减运算的绝对值差之和（SAD）算子，有效的降低了算法复杂度。本文设计并实现了运动目标跟踪系统的软件部分和硬件部分，其中软件部分首先介绍了多模板匹配算法各个模块在FPGA上的实现过程；其次讲述了相关曲面的分析方法，并且利用这些方法对多模板相关曲面进行性能分析，之后采用DSP芯片完成对多模板相关曲面的分割，利用分割之后的相关曲面求出匹配结果；最后根据模板的更新准则和策略，判断是否更新模板。而硬件部分则详细介绍了每个电路的功能，连接原理以及芯片的选取。通过软件部分与硬件部分的结合形成一个运动目标跟踪

7、系统。利用该系统对比多级模板匹配算法与单模板匹配算法的匹配结果和相关曲面描述量；进行了FPGA与DSP各自实现模板个数不同的多模板算法的匹配结果和匹配时间的对比分析。结果表明基于FPGA的多模板灰度图像匹配算法能够有效的克服因目标发生旋转和尺度变换时引起的跟踪性能下降问题，并且具有匹配结果精度高，模板刷新次数低、实时性强以及硬件系统性能稳定的特点。关键词：图像匹配，目标跟踪，FPGA，多模板，旋转尺度I万方数据ABSTRACTABSTRACTWhenthetrackerapproachedthetargetont

8、heground,thescaleofimageofthetargetwillchangeinalargescaleandandtheanglealsochangerelativelybecauseofthemovingofthetracker.Therefore,theimagetemplatemustberefreshedintheprocessoftargetbei