基于fpga的手势识别跟踪系统算法架构研究与实现

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1、工程硕士学位论文基于FPGA的手势识别跟踪系统算法架构研究与实现作者姓名李叙琼工程领域电子与通信工程校内指导教师殷瑞祥教授校外指导教师李辉宪高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2015年12月AlgorithmarchitectureresearchandimplementationofgesturerecognitionandtrackingsystembasedonFPGAADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuqiongLiSupervisor：Prof.Ru

2、iXiangYinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN47学校代号：10561学号：201321010079华南理工大学硕士学位论文基于FPGA的手势识别跟踪系统算法架构研究与实现作者姓名：李叙琼申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电子与通信工程校内指导教师姓名、职称：殷瑞祥教授校外指导教师姓名、职称：李辉宪高级工程师论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：电子与通信工程论文提交日期：2015年12月30日论文答辩日期：2016年03月2

3、1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：徐向民教授委员：殷瑞祥教授姜小波副教授青春美副教授钟海波高级工程师摘要非接触式人机交互的研究是一个新兴的领域，近年来在算法研究上取得了长足的进展。利用手势对家用电器等设备进行远程控制成为了一种趋势，一定程度上丰富了人与机器的交互方式，同时提供了良好的用户体验。然而现有的大部分非接触式人机交互系统是基于软件平台，对平台的依赖导致其商业化的进程缓慢。本文的主要工作是设计一套不依赖软件平台的交互系统，旨在为非接触式人机交互系统的产品化提供有益的探索。利用FPGA实现基于图像处

4、理的交互系统国内外均做过一些探索，但大部分都仍处于起步阶段。本课题将从算法的改进、设计符合硬件结构的算法等方面入手，为非接触式人机交互系统产品化提供一个过渡产品。本论文通过研究复杂背景下的人机交互算法，提出一套优化了实时性与复杂度、低功耗的解决方案,同时充分利用了FPGA并行处理的特性，采用了VerilogHDL语言对系统进行行为级建模，完成了一套基于人手检测、跟踪的交互系统。系统采用Altera公司提供的DE4-230FPGA开发板作为仿真验证平台，并结合2D摄像头与VGA显示器直观上检验系统的可用性与实时性。主要工作包括三个方面：第一，

5、设计内存、外存等存储单元的控制器，在保证系统性能的前提下尽可能减少片内资源的消耗，为芯片化的低成本打下基础；第二，全局与局部的系统时序分析，提高系统的鲁棒性；第三，优化人机交互算法，在实现功能的前提下发挥硬件并行化的特点，提高系统的运行效率，保证系统运行的分辨率与实时性要求。这三个方面的工作目的在于解决人机交互系统产品化过程中遇到关于成本、功耗、实时性等实质性问题。本论文为图像处理算法芯片化做出了探索性的尝试，并将软件算法与硬件并行特性相融合，充分发挥FPGA的优势，推动非接触式人机交互系统芯片化、产品化的进程。关键词：手势识别；手势跟踪；

6、硬件架构；FPGAIAbstractNon-contacthuman-computerinteractionisanemergingfield,andthealgorithmhasmadeconsiderableprogressintherecentyears.Itisatrendthatusinggesturesforremotecontrolofhouseholdappliancesandotherequipment,whichenrichestheinteractionbetweenhumansandmachinestosomeext

7、ent,whileprovidingawelluserexperience.However,mostoftheexistingnon-contactsystemisbasedoninteractivesoftwareplatform,andtheplatform-independentcausetheslowprocessofitscommercialization.Themainworkofthispaperistodesignaninteractivesystemwhichdoesnotrelyonsoftwareplatform,an

8、dthesystemprovidesausefulexplorationincommercializationofnon-contactsystem.Therearesomeex