FPGA图像识别与目标跟踪系统

　　摘 要： 采用FPGA搭建图像处理系统，通过硬件算法实现图像的流水线及并行处理，实现了对具有特定颜色的物体的识别与跟踪。整个系统工作于像素频率，避免了算法的程序跑飞现象，使系统的可靠性大为提高，较好地保持了系统的低功耗特性，且优于DSP等串行处理器结合软件算法来实现的方法。

　　关键词： FPGA；图像识别；目标跟踪

　　0 引言

　　近年基于FPGA硬件技术的视频图像处理系统被广泛地应用于视频智能监控、智能交通系统、视频采集和跟踪系统等[1]。作为机器视觉的一个重要研究方向，动态目标检测在视频智能监控、智能交通系统等方面得到了越来越多的应用[2]。通常图像识别与跟踪算法可以通过软件或者硬件来实现，但出于成本及开发难度的考虑，图像识别与跟踪一般由软件来实现。在高速、高分辨率的情况下，传统软件的串行处理算法不足以应对大量的运算以及严格的时间要求，而采用硬件算法则可以实现并行或者流水的运算结构，大大地加快了运算速度[3]。目前可采用硬件实现的主要方案包括：DSP数字信号处理器、专用的集成图像处理芯片、FPGA和配合的相关电路。与其他方案相比，使用FPGA芯片丰富的硬件资源以及硬件可重构性，可大大提高图像识别跟踪系统的灵活性和通用性。

　　本设计通过使用可编程逻辑器件和硬件算法进行图像处理以实现对图像中特定目标进行识别和跟踪，并通过并行和流水线结构算法大大加快图像处理的速度，使得处理速率与输入时钟同步，真正地做到了无延时处理。

1 系统整体功能概述

　　本设计中采用Altera公司的EP2C8系列FPGA作为系统核心。图像从30万像素CMOS摄像头输入，FPGA负责图像处理以及接口管理，因摄像头与VGA接口的帧率不同，所以使用SDRAM作为帧缓冲。高速视频DAC芯片ADV7123负责把RGB图像数据转换成模拟量，以实现VGA输出。系统的框架图如图1所示，整个系统采用5 V直流供电，可以通过AS或者JTAG接口进行调试以及程序的下载。通过键盘可以切换系统的工作状态，改变图像的处理效果。

2 硬件设计

　　要实现图像处理，首先要搭建好图像的插件电感工厂采集系统，实现对输入图像正确的显示。由于系统处理的数据量大，速度快，对硬件电路的设计以及器件布局布线都有较高的要求。

　　2.1 FPGA外围电路设计

　　FPGA的外围电路包括时钟电路、复位电路、JTAG以及AS调试接口。本设计提供40 MHz和50 MHz时钟输入，50 MHz时钟可通过PLL倍频到100 MHz作为SDRAM时钟，也可分频到25 MHz作为CMOS摄像头时钟；而40 MHz作为后备时钟。JTAG接口可把配置数据下载到FPGA的内部RAM上，并可以通过SignalTap嵌入式逻辑分析仪对FPGA时序进行分析。AS接口则可以把配置数据之间固化到串行EPROM上，使FPGA上电后自动配置。

　　2.2 VGA接口设计

　　VGA接口芯片本质上是三路独立的高速DA，负责把数字化的图像数据转换成模拟量，以供显示器显示。为了阻抗匹配，模拟输出端需并联75 Ω电阻，DAC输出电流的最大值由偏置电位器决定，通过调节电位器，可以调节输出图像的最大亮度。

　　2.3 SDRAM外围电路设计

　　SRAM在存储器中速度最快、最稳定、操作最方便，但是由于其成本高，一般静态存储器只适用于存储容量小、存储速度要求高的场合。而SDRAM相对于SRAM制造成本低很多，随着技术的进步，SDRAM的速度越来越快，容量越来越大，稳定性也越来越好。在视频图像处理中SDRAM主要用作数据缓存，也就是FPGA对SDRAM操作最频繁的为读命令、写命令，在这两个命令中间插接激活、预充电、猝发终止、刷新等命令[4]。

　　SDRAM的主要作用是把经过处理后的图像数据以30 S/s的速率进行缓存，然后再以60 S/s的速率读取到VGA接口输出。采用16 bit字宽的SDRAM，读写时钟为100 MHz。SDRAM总带宽为100 MHz，其中摄像头写入占用12.5 MHz带宽，VGA读取占用25 MHz带宽，剩余的62.5 MHz带宽可留作图像处理使用。

3 算法设计

　　采用基于颜色的目标识别算法从背景中分割目标并动态标记，该算法实现简单，但对图像的质量要求较高。由于CMOS摄像头输出的图像噪点较多，尤其在光照不足的情况下，因此图像的预处理工作显得尤为重要[5]。系统总体算法结构如图2所示。

请问怎么利用电脑控制电源开关？请问怎么利用电脑控制电源开关？电脑上还要用软件控制吗？那比较麻烦，电脑上还要开发软件，利用电脑的串口或USB口输出，控制装置上还要有一套装置才能控制一个开关

[DCDC]干电池升压IC或者干电池升压芯片1， 干电池升压IC                            升压输出3V,3,3V,5V等3V-5V可调2， 单节锂电池升压IC                     升压输出4.2V-15V可调3， 单节锂电池充电IC                     输入4.5V-20V，充电电流3MA-3000mA4， 单节锂电池保护IC                     保护板5， 双节锂电池升压IC                     升压输出6V-20V6， 双节锂电池充电I

电压型大功率开关电源补偿网络的分析引 言
电压型单环回路控制简单，在各个领域应用最为广泛。应用于小功率开关电源时，补偿网络可以简单地用分压反馈与基准放大比较来实现。而在大功率电路中校正的难度很大，精度不

 1/3    1 2 3 下一页 尾页