基于fpga远程移动目标监视跟踪系统

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1、基于FPGA远程移动目标监视跟踪系统　　摘要：本文设计了一种基于FPGA-SOPC的实时运动目标跟踪系统。该系统运用差分图像法，通过阈值图像分割法来检测运动目标，采用形心跟踪算法自动跟踪目标；通过以太网上传跟踪信息。从实验结果来看该系统取得了较好的跟踪效果。【关键词】FPGA目标检测以太网1引言近年来，人们提出了许多方法用于检测和跟踪序列图像中的运动目标，但是由于受到计算机速度和算法复杂度的限制，使得在检测和跟踪运动目标的实时性和鲁棒性方面总是不太理想。同时在设备不断小型化、集成化、网络化的今天，FPGA由于其可编程的特点成为嵌

2、入式开发的最佳平台。因此，本设计核心模块为Altera公司的Cyclone系列FPGAEP4CGX150DF3117N核心处理器，以提高系统的整体的性能。[1]2系统工作流程和原理系统主要由一体化摄像机、高速数字云台、视频解码器SAA7113H、图像存储器SRAM，FPGA控制器、以太网模块、监视器、报警模块等部分构成。5该跟踪系统的工作过程为：系统开机后FPGA加载程序，然后根据算法对采集到的图像进行处理，获得控制云台的参数并传递给云台控制器，从而跟踪目标运动。具体实现过程：摄像头安装在跟踪转台上，摄像头输出的电视制式的信号（

3、含有图像和同步、行场消隐信号）一路送到监视器上进行实时监视，另一路经过视频预处理，经过SAA7113变换后送入图像处理单元FPGA进行图像处理，图像处理单元首先形成一个检测（波门）窗口，然后在窗口中检测、识别、提取出目标图像信号，确定出目标在当前帧观测图像中的精确坐标，经计算得到相对于摄像头瞄准线的偏差量，送至伺服机构，云台输出控制信号控制步进电机转动，带动云台上的摄像头转动，使目标始终处于视场中心，从而达到跟踪的目的[2]。通过以太网上传目标坐标数据，用于进一步分析。3装置硬件的具体实现本装置对核心处理器、视频解码芯片，以太网

4、模块等器件的选择关系到整个装置的性能和价格，即选择性能价格比高且能满足设计需要的器件。3.1核心处理器选择处理器需要根据算法及实际被测目标对处理能力的要求来选择。目前的处理器主要有单片机、ARM、DSP、FPGA等等。本装置核心模块主要是Altera公司的Cyclone系列FPGAEP4CGX150DF3117N，该芯片有149760个逻辑单元，RAM635520bit，8个锁相环，用户I/O5508个，芯片具有很高的性价比，还支持SOPC，从而完成各模块功能，并协调整个系统工做。芯片功能很强大，为以后系统升级，算法改进，数据量

5、增大提供很大空间。3.2视频解码芯片SAA7113和以太网W5100配置为了使视频解码芯片SAA7113H可以按照预想的方式工作，需要对其进行初始化，视频解码芯片为I2C串行总线，在上电后首先修改SAA7113H的内部寄存器的数值，进行正确初始化[3]。W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成10/100以太网控制器，内部集成为全硬件形式，且具有经过多年市场验证的TCP/IP协议栈，太网介质传输层MAC和物理层PHY硬件，TCP/IP等协议已经在很多领域经过多年验证[4]～[5]。W5100内部集成有16KB的存储器用

6、于数据传输，使用W5100不需要考虑以太网的控制，只要进行简单的端口SOCKET编程。此外，其接口非常简单，可选择SPI接口。对上述两个模块的设计采用SOPC方法，SOPC是一种用于嵌入式开发的片上可编程系统，设计灵活，可剪裁，可升级软硬件在系统可编程的功能，运用FPGA的NIOSII对I2C，对SPI口配置过程为：运行QUARTUSII软件中的SOPCBUILDER添加I2C，SPI模块，从而构成功能强大的32位NIOS嵌入式系统。54目标的跟踪定位确定目标位置的方法分两类，即波门跟踪和相关跟踪算法。本文采用形心跟踪算法，该算

7、法对跟踪窗内的数字图像处理得到一阈值，再从跟踪窗内的数字图像中分割出目标像元，然后根据分割出的全体目标像元位置数据和目标像元的点数，计算出目标的形心，目标的形心相对于视场中心的位置数据则作为目标偏差数据[6]。5结论本文介绍了一种移动目标跟踪装置。该装置是以ALTERA公司的FPGA芯片EP4CGX150DF3117N为核心处理器。通过以太网上传的跟踪信息来看，看该系统取得了较好的跟踪效果，实验结果证明该装置能够很好的适应目标检测和跟踪算法，该装置对运动目标监视和跟踪产品有一定的参考意义。参考文献[1]杨宜禾，周维真.成像跟踪技

8、术导论[M].西安电子科技大学出版社，1992.[2]王栓，艾海舟，何克忠.基于差分图像的多运动目标检测与跟踪[J].中国图形图像学报，1994（6）.[3]郝迎吉，刘青，徐凌志.基于EPP和FPGA的CMOS图像传感器的数据采集[J].电子设计应用，2002（