精确目标跟踪算法在达芬奇DSP系统的实现与优化

摘要

目标跟踪是计算机视觉的重要研究方向，被广泛的应用在人机交互、安防监控、交通管理、导航、航天航空和生物医学等各个领域。由于这些应用对跟踪算法乃至硬件系统的实时性有很高的要求，为此本文研究了实时性和准确性高的跟踪算法，利用DSP的高效数字信号处理能力，在达芬奇平台上实现精度高、鲁棒性好的实时目标跟踪系统。
　　 本文在灰度匹配跟踪算法的基础上，添加了差分背景掩码分析算法，用以区分感兴趣区域中的目标、背景和遮掩物，得出该感兴趣区域对应的掩码，并将此掩码加入匹配过程，得到掩码模板匹配算法。此算法用目标表面信息进行匹配，去除了背景和遮掩物的干扰信息，提高匹配准确性；采用目标定位修正掩码模板匹配算法对匹配结果进行修正，在初次的目标匹配之后，由于环境变化、遮掩物和模板更新误差等因素的影响，不可避免的会产生一些漂移，此时对第一次匹配结果分析掩码，重新进行掩码匹配以修正匹配误差，从而提高整体算法的鲁棒性；测量噪声中的漂移噪声严重影响了模板更新的准确性，为此本文采用掩码卡尔曼外观滤波器抑制漂移。通过估计测量噪声功率和新息功率，迭代计算出每个像素对应的卡尔曼增益，对模板的每个像素自适应更新：全遮掩情况下采用匀速预测算法，根据前数十帧的目标运动向量来预测当前帧的目标运动向量，当目标重新出现后再捕获它，继续跟踪。
　　 本文在达芬奇数字信号处理系统TMS320DM6446上实现整个算法，TMS320DM6446是双核结构，集成了DSP核和精简指令集计算机(RISC)技术的优势，即结合一块高性能TMS320C64x+DSP处理器核和一块ARM926处理器核。本文利用DM6446的视频处理前端完成视频的采集，由C64x+ DSP完成视频数据处理，即目标跟踪，最后由视频处理后端完成视频显示。经过代码级的优化，实现了实时目标跟踪系统。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 视频目标跟踪的背景及意义

1.2 目标跟踪算法的研究现状及DSP的发展

1.2.1 目标跟踪算法的研究现状

1.2.2 数字信号处理器的发展

1.3 论文的主要工作及章节安排

第二章 基于灰度模板匹配的精确目标跟踪算法

2.1 基于灰度模板匹配的精确目标跟踪算法整体框架

2.2 差分背景遮掩分析

2.2.1 建立背景

2.2.2 差分掩码分析

2.3 掩码模板匹配算法

2.3.1 掩码模板匹配算法的分析

2.3.2 匹配中的搜索策略

2.4 目标定位修正掩码模板匹配算法

2.5 抑制漂移的掩码卡尔曼外观滤波器模板更新算法

2.6 全遮掩情况下的匀速预测算法

2.7 基于灰度模板匹配精确目标跟踪算法的试验结果及其性能分析

2.8 本章小结

第三章 精确目标跟踪算法在达芬奇平台上的实现

3.1 达芬奇技术概述

3.2 软件开发环境概述

3.3 达芬奇评估板上的视频采集与显示

3.4 算法在达芬奇评估板上的实现过程

3.5 本章小结

第四章 精确目标跟踪算法在达芬奇平台上的优化

4.1 DSP程序编写和优化流程

4.2 C代码编写和优化

4.2.1 数据类型

4.2.2 代码运行时间分析和编译优化选项

4.2.3 内联函数的使用

4.2.4 软件流水

4.3 数据段的分配

4.4 线性汇编对代码的优化

4.5 掩码模板匹配模块的优化

4.6 模板掩玛显示模块的优化

4.7 掩码更新模块的优化

4.8 输入缓存到输出缓存数据拷贝模块的优化

4.9 系统性能测试

4.10 本章小结

第五章 总结

5.1 视频跟踪算法及系统性能

5.2 下步工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期问参加的科研项目和完成的论文