[发明专利]基于概率密度统计的小型化实时目标跟踪处理系统

说明书

本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种基于概率密度统计的小型化实时目标跟踪处理系统。本发明提出一种小型化低功耗的实时图像跟踪处理系统，采用FPGA作为系统控制和图像处理的核心，充分发挥FPGA硬件化并行化处理的特性完成外部红外及白光相机图像采集控制、滤波预处理及目标跟踪的迭代搜索全部过程并达到50fps的实时处理速度，而不使用CPU或DSP处理器；使用串行总线接收主控端发送的控制指令在白光1X、白光2X和红外显示三种显示模式及观察模式和跟踪模式两种工作状态之间切换，并实时发送检测出的目标位置信息；采用了一种易于FPGA并行实现的基于概率密度统计的线性目标跟踪算法，通过一次遍历即可实现对目标的检测；同时系统采用了多功能模块叠层的架构保证系统具有较小的体积。

技术领域：

本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种基于概率密度统计的小型化实时目标跟踪处理系统。

背景技术：

实时图像跟踪处理技术在导弹末端制导，火炮光瞄控制器、特种狙击枪目标自动锁定等领域中有着广泛的应用，但是一方面由于视频图像信号维度高，对其处理所需要的计算复杂度高，另一方面，由于空间的限制，这类系统往往对安装位置及体积大小有较高的要求。故在目标跟踪系统，尤其是嵌入式实时目标跟踪系统中，对图像序列的实时处理能力及小型化程度一直是影响系统性能的核心因素。

刘伟，基于DM6437硬件平台的智能目标跟踪系统设计，西安文理学院学报：自然科学版，Vol.18 No.2,2015,p37-41中提出了一种智能目标视频跟踪系统的设计方法，其硬件平台采用DM6437开发板，软件采用均值漂移算法，利用颜色信息、形状信息实现了在简单背景下对遥控小车的跟踪。但是采用开发板作为核心处理单元构建的跟踪系统结构略显粗糙，其移植性较差，体积较大，不能满足对体积限制约束较大的应用场合；而且文中所采用的为标清复合视频，其分辨率较低，对于对图像分辨率要求较高的应用场合也不合适；此外，文章采用基于指令顺序执行的处理器，这种串行处理架构运算效率较低，无法实现并行加速，当图像分辨率较高或运算复杂时无法达到实时的处理速度。

发明内容：

本发明的目的是：

解决现有图像跟踪系统体积较大，并行化程度低，在图像分辨率较大时无法实现实时跟踪的问题。

本发明的技术方案是：

本发明提出一种小型化低功耗的实时图像跟踪处理系统，采用FPGA作为系统控制和图像处理的核心，充分发挥FPGA硬件化并行化处理的特性完成外部红外及白光相机图像采集控制、滤波预处理及目标跟踪的迭代搜索全部过程并达到50fps的实时处理速度，而不使用CPU或DSP处理器；使用串行总线接收主控端发送的控制指令在白光1X、白光2X和红外显示三种显示模式及观察模式和跟踪模式两种工作状态之间切换，并实时发送检测出的目标位置信息；采用了一种易于FPGA并行实现的基于概率密度统计的线性目标跟踪算法，通过一次遍历即可实现对目标的检测；同时系统采用了多功能模块叠层的架构保证系统具有较小的体积。

基于概率密度统计的小型化实时目标跟踪处理系统，系统包含三个子模块，分别为电源模块PSM，视频处理模块VPM和输入输出接口模块IOM；其中电源模块PSM完成电源二次转换，按照需要给红外相机及白光相机、彩色屏以及输入输出接口模块IOM和视频处理模块VPM供电，并产生系统复位信号；输入输出接口模块IOM提供红外相机及白光相机、彩色屏的工作模式配置接口和外部控制板的通信接口；视频处理模块VPM完成红外及白光相机的视频解码、跟踪切换、叠加显示控制及图像跟踪处理功能；三个子模块之间采用板间连接器直接连接；本系统具有白光1X显示、白光2X显示和红外显示三种显示模式；系统具有观察模式和跟踪模式两种工作状态。