基于FPGA的視頻移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)在軍事和民用上都有著廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)有著非常重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法的研究已經(jīng)逐步趨于成熟，但是利用硬件實(shí)現(xiàn)這些算法的功能仍是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。FPGA(FieldProgrammable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)作為一個(gè)硬件平臺(tái)，可以滿(mǎn)足視頻處理系統(tǒng)中對(duì)速度、集成度、可靠性的要求，非常適合于視頻和圖像處理的應(yīng)用。本文在課題組多年來(lái)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法、灰度漲落和灰度

2、漂移算法及多顏色空間信息融合深入研究的基礎(chǔ)上，將FPGA應(yīng)用于視頻移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的研究，并實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)的功能。主要研究?jī)?nèi)容有：
　　 1、搭建了基于FPGA的視頻移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了視頻的實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)主要包括視頻采集、視頻的預(yù)處理、視頻移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、視頻顯示和系統(tǒng)報(bào)警五個(gè)模塊。首先，設(shè)計(jì)視頻采集模塊，攝像頭采集的模擬視頻信號(hào)被送入視頻解碼芯片ADV7180中；同時(shí)，通過(guò)在FPGA中設(shè)計(jì)I2C總線(xiàn)配置模塊對(duì)該視頻解

3、碼芯片的寄存器進(jìn)行合理的配置，使由攝像頭采集的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位與CCIR656標(biāo)準(zhǔn)兼容的YCbCr(4：2：2)串行視頻數(shù)據(jù)；而后，在視頻預(yù)處理模塊中，首先對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行ITU-R656標(biāo)準(zhǔn)解碼，并在FPGA中實(shí)現(xiàn)了由YCbCr到RGB顏色空間的變換，得到RGB三基色；然后，進(jìn)行灰度化處理，即由RGB值得到灰度值，為后面的背景差分法做準(zhǔn)備；這些都是用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL在FPGA中編程實(shí)現(xiàn)的；最后，處理后的視頻經(jīng)數(shù)模

4、轉(zhuǎn)換芯片ADV7123轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，通過(guò)VGA接口顯示在CRT顯示器上。本部分在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了視頻的采集和預(yù)處理，同時(shí)將采集的視頻實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。
　　 2、在FPGA中成功實(shí)現(xiàn)了背景差分檢測(cè)算法，完成了對(duì)視頻中移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、跟蹤和報(bào)警。從灰度化處理后的視頻中，選取背景圖像和當(dāng)前幀圖像，經(jīng)過(guò)片外SDRAM緩存，同時(shí)送入移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊；然后利用背景差分算法，找出當(dāng)前圖像中的移動(dòng)目標(biāo)，用黑色像素塊將其標(biāo)識(shí)出來(lái)；當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，黑

5、色像素塊代表目標(biāo)同時(shí)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和跟蹤。同時(shí)，F(xiàn)PGA自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)到音頻解碼器，通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以快速檢測(cè)并跟蹤到視頻中的移動(dòng)物體。
　　 3、對(duì)背景差分法進(jìn)行了改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)了視頻中移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)和跟蹤。首先，為了準(zhǔn)確檢測(cè)和定位移動(dòng)目標(biāo)，在FPGA中加入了多顏色空間的信息融合算法。多顏色空間信息融合就是利用多個(gè)顏色空間中的一些互補(bǔ)分量共同確定移動(dòng)目標(biāo)，即除了灰度差分

6、之外，再加入U(xiǎn)、V、R、G、B、H、S、V等多個(gè)顏色空間的顏色分量，同時(shí)進(jìn)行背景差分運(yùn)算，使差分結(jié)果得到的目標(biāo)區(qū)域被填充得更加飽滿(mǎn)，更能準(zhǔn)確體現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的形狀。此外，為了消除背景差分后圖像中的噪聲，加入灰度漂移算法?；叶绕扑惴ㄊ俏覀冋n題組提出的一種去除背景差分法檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)存在過(guò)多噪聲雜點(diǎn)的算法，可以有效地消除由于微震動(dòng)、空氣擾動(dòng)等原因?qū)е碌南袼鼗叶仍卩徑鼌^(qū)域發(fā)生的漂移，使目標(biāo)區(qū)域黑色像素塊標(biāo)識(shí)更加明顯，而其周?chē)肼曤s點(diǎn)基本消失。