基于粒子滤波的视觉跟踪算法的fpga实现

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1、基于粒子滤波的视觉跟踪算法的FPGA实现张欣2016年1月中图分类号：TN919.8UDC分类号：621基于粒子滤波的视觉跟踪算法的FPGA实现作者姓名张欣学院名称信息与电子学院指导教师唐林波答辩委员会主席邓宸伟教授申请学位工学硕士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月TheFPGAimplementationofVisualTrackingalgorithmbasedonParticleFilterCandidateName：ZhangXinSchoolorDepar

2、tment:SchoolofInformationandElectronicsFacultyMentor:TangLinboChair,ThesisCommittee：Prof.DengChenweiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：InformationandCommunicationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声

3、明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要视觉跟踪是计算机视觉领域的核心问题之一，在视频监控、人机交互、体育分析、视觉导航、军事识别等领域得到了广泛的应用。在诸多算法中，粒子滤

4、波以其能够解决非线性非高斯问题的优势得到了广泛的研究与关注。本文研究的粒子滤波算法能够适应目标大小变化、目标旋转、环境光线变化、部分遮挡等情况，算法的鲁棒性是比较强的，然而由于大量的粒子需要进行运算，算法的实时性较差，无法满足大多数场合的要求。基于此，本文在FPGA平台上进行了粒子滤波算法的硬件实现，与软件实现相比，加速效果在20倍以上，充分地满足了实时性要求。本文首先研究了粒子滤波算法原理，以此作为基础，进行了后续的研究工作。本文的主要工作和研究成果如下：1.对粒子滤波算法在OpenCV中进行了软件仿

5、真，验证了其对目标大小变化、环境光线变化、局部遮挡的良好的适应性。2.对粒子滤波算法进行了FPGA硬件实现，对其中的SDRAM控制器、高斯发生器、粒子状态转移、粒子位置排序、粒子直方图特征统计、粒子权重计算模块及重采样模块进行了详细描述。3.基于Modelsim进行了系统级的仿真验证并基于DE2-115开发平台搭建了视觉跟踪演示系统。系统采用PAL制模拟视频作为输入在开发平台进行视频采集和粒子滤波处理，最后将跟踪的结果显示在VGA显示器上。系统可对目标进行实时跟踪。关键词：粒子滤波；颜色直方图；Open

6、CV；FPGA；Modelsim；DE2-115VI北京理工大学硕士学位论文AbstractVisualtrackingisoneofthekeyissuesinthefieldofcomputervision，ithasbeenwidelyusedinvideosurveillance,interactive,sportsanalysis,visualnavigationandmilitaryidentificationareas.Amongmanyalgorithms,ParticleFilterh

7、asbeenwidelyusedwiththeadvantageofsolvingnonlinearandnon-Gaussianproblems.Inthisessay,thealgorithmcanadapttothesituationoftargetsizechange,targetrotation,lightchangeandpartialocclusion,sotherobustnessofthealgorithmisrelativelystrong,butduetothelargenumbe

8、rofparticlesneedtoomuchoperation,thereal-timecharacteristicisunabletomeettherequirement.Basedonthis,thiseasydevelopedaFPGAbasedhardwarealgorithm,whichcanbe20timesfasterthanthesoftwarealgorithmanditcanfullymeettherequiremen