張金濤 張宏飛 裴文浩

關(guān)鍵詞：跟蹤器;圖像采集;DSP;FPGA

中圖分類號：TP391.41 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）06-0042-03

Keywords：tracker;image acquisition;DSP;FPGA

0 ?引 ?言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，圖像處理技術(shù)在生活和工業(yè)中應(yīng)用得越來越廣泛[1]。在圖像處理技術(shù)中，目標識別與跟蹤技術(shù)一直是眾多學(xué)者研究的熱點，目前跟蹤技術(shù)的實現(xiàn)主要采用圖像跟蹤器，其主要實現(xiàn)的功能是采集視頻圖像，通過跟蹤算法對目標進行跟蹤定位。早起的可見光攝像機輸出主要采用PAI制式模擬視頻為主，其分辨率可達到720×576（像素）。由于傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，以Camera Link為接口的攝像機得到了廣泛的應(yīng)用，視頻分辨率大大提高。分辨率的提高有利于場景偵查，而且對于視頻圖像跟蹤器來說，更有利于目標跟蹤和定位。但隨著視頻圖像分辨率的提高，直接導(dǎo)致跟蹤算法運算量加大，無法滿足系統(tǒng)實時性的需要[2]。本文圖像跟蹤器設(shè)計結(jié)構(gòu)由單片F(xiàn)PGA與兩片DSP組合而成，具有可靠性高、成本低的優(yōu)勢。兩片DSP可以對數(shù)據(jù)進行并行處理，大大提高了計算效率，達到系統(tǒng)實時性的要求，更有利于系統(tǒng)完成目標跟蹤、透霧算法等技術(shù)的擴展。同時，每片芯片都包含多個高速串行串口，可以對數(shù)據(jù)進行快速輸入輸出操作，而且為日后系統(tǒng)升級提供便利，更好地適應(yīng)未來高實時性跟蹤和多目標跟蹤算法的研究。

1 ?圖像跟蹤器硬件的總體設(shè)計

圖像跟蹤器接收的信號主要由前端可見光攝像機采集到的視頻信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳入FPGA中，對其進行信號處理。圖像跟蹤器電路采用雙DSP策略，圖像跟蹤器接收到上位機的指令后，一片DSP主要承擔(dān)相機曝光控制以及輔助字符控制等任務(wù)，另一片DSP主要負責(zé)目標識別、目標跟蹤和計算目標位置信息等算法，計算出跟蹤目標位置，并將跟蹤目標與視場中心的偏離差傳遞給伺服系統(tǒng)，由伺服系統(tǒng)完成對目標的實時跟蹤。最后由圖像跟蹤器將處理后的視頻圖像通過視頻編碼將信號傳輸至視頻監(jiān)視器，完成最終成像。

2 ?跟蹤器模塊設(shè)置

本文設(shè)計的圖像跟蹤器采用FPGA與DSP共同實現(xiàn)跟蹤功能的設(shè)計路線，通過兩片TI公司生產(chǎn)的TMS320C6455（以下簡稱C6455）系列DSP和Altera公司生產(chǎn)的Cyclone系列FPGA芯片，由單板完成圖像跟蹤器的所有功能。C6455是TI公司目前研發(fā)的C6000系列中數(shù)據(jù)處理能力最強的一款芯片，芯片主頻為1.2GHz，計算峰值可以達到9600MIPS。C6455主要擁有數(shù)據(jù)儲存量大、計算能力強和可擴展性高等技術(shù)優(yōu)勢，可以出色地完成該跟蹤器的目標跟蹤算法[3]。

本文設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由一片F(xiàn)PGA和兩片DPS芯片組成。兩片DSP為對稱結(jié)構(gòu)，每片分別包含2組DDR2存儲芯片，內(nèi)存大小為256MB，同時帶有兩片F(xiàn)lash ROM。DSP與FPGA之間由EMIF口相連，完成數(shù)據(jù)輸入輸出，各DSP之間的通訊方式由高速串口完成。

3 ?跟蹤算法設(shè)計

4 ?實驗與分析

在頻域跟蹤算法的跟蹤結(jié)果中，白色矩形框表示目標處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)，如果白色矩形框的兩條對角線被連接起來，表示跟蹤算法判定目標受到遮擋或跟蹤目標丟失。

實驗采用含有車輛或者行人的視頻序列來進行仿真，算法在不同目標下的跟蹤仿真結(jié)果如圖3所示。

從結(jié)果圖中可以看出，圖像跟蹤處理器能夠?qū)x定目標進行有效跟蹤，同時對目標旋轉(zhuǎn)與遮擋具有一定的魯棒性。

5 ?結(jié) ?論

實驗表明，本文設(shè)計的采用FPGA與DSP為核心架構(gòu)的圖像跟蹤器能夠解決處理高清圖像時數(shù)據(jù)量大的問題，同時可以實現(xiàn)對目標的實時跟蹤，在遇到目標遮擋和旋轉(zhuǎn)的情況下，具有一定魯棒性。

參考文獻：

[1] 鄒春勇，尚海林.基于CameraLink接口高清圖像跟蹤器設(shè)計 [J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（19）：4672-4675.

[2] 王洪迅，趙天云，畢篤彥，等.高速偵察圖像數(shù)據(jù)的獲取和緩沖 [J].微電子學(xué)與計算機，2004（10）：82-85.

[3] 李方慧.TMS320C6000系列DSPs原理與應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：張金濤（1980-），男，漢族，山東菏澤人，工程師，學(xué)士，研究方向：直升機航電。