基于FPGA的实时目标跟踪系统关键技术研究和实现

摘要

实时目标跟踪技术是一个热门话题，涉及到各种数字图像处理技术、机器视觉、嵌入式以及近两年新兴的各种深度学习应用。如何准确地检测、识别、并正确地跟踪目标是一个复杂的问题。实时目标跟踪技术，已经在军事、工业、汽车等方面有普遍的应用。随着集成电路和信息处理技术的发展，面对各种高分辨率、高帧率、大量数据场合的应用，这就要求我们的系统设备具备高性能、高可靠性、且可以处理复杂数据算法的处理器。因此，本文在综合考虑各种硬件平台的基础上，设计了一套以FPGA+DSP架构的实时目标跟踪系统硬件平台。 本文设计并实现了一种基于Xilinx7系列FPGA和TI TMS320C6657双核DSP的实时目标跟踪系统。系统采用TI多核DSP作为实时目标跟踪系统的主处理器，其主要用来实现各类目标跟踪算法。Artix-7FPGA作为整个系统的协处理器和控制单元，主要完成两路不同传感器视频图像的采集，协调各个外设功能模块，控制DSP电源及复位，完成目标跟踪结果的显示。该实时目标跟踪系统视频输入前端由一路SDI数据和一路高速串行的红外图像输入部分构成。FPGA与DSP之间的通信接口包括PCIe、SRIO、uPP，主要负责FPGA与DSP之间的高速数据通信。 本文首先对实时目标跟踪系统进行了整体设计，将整个目标跟踪系统开发分为三个阶段，第一阶段主要完成系统硬件平台的设计，从主芯片及外围器件选型到原理图、PCB设计；第二阶段主要完成硬件平台的系统时钟、电源调试、以及各个外围器件的调试工作；第三阶段主要完成FPGA与DSP之间的高速通信接口的调试、接口性能测试工作；第四阶段主要完成实时图像处理算法相关的开发工作。 在本文的实时目标跟踪硬件系统调试阶段，作者主要完成了以下任务： （1）FPGA控制整个实时目标跟踪系统的时钟、电源、以及DSP的正常工作。 （2）FPGA与DSP之间的高速通信接口互相通信测试； （3）针对目前实时目标跟踪系统中的目标跟踪存在的问题，实现了实时的拉普拉斯图像融合算法。

目录

第一个书签之前

摘要

ABSTRACT

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状概述

1.2.1 目标跟踪系统及图像处理算法的研究现状

1.2.2 FPGA芯片国内外发展状况

1.3 论文主要内容及结构安排

1.3.1 论文完成的主要工作及内容

1.3.2 论文的结构安排

第二章 实时目标跟踪系统硬件平台设计

2.1 目标跟踪系统的整体方案设计及选型

2.1.1 FPGA与DSP选型

2.1.2 外围器件选型

2.2 系统内部总线传输技术简介

2.3 系统硬件开发工具及FPGA开发流程简介

2.4 系统平台的硬件电路设计

2.4.1 PAL视频显示模块设计

2.4.2 系统时钟网络设计

2.4.3 系统电源网路设计

2.5 本章小结

第三章 FPGA与双核DSP图像处理系统的受控实现

3.1 系统时钟控制模块的实现

3.1.1 CDCE62005设计参数的确定

3.1.2 CDCE62005 SPI接口模块实现

3.2 系统电源控制模块实现以及多核DSP复位控制

3.2.1 系统DSP电源方案选择

3.2.2 FPGA控制DSP上电、启动和复位操作

3.3 本章小结

第四章 FPGA与DSP通信接口实现

4.1 uPP通信模块实现

4.1.1 uPP传输技术简介

4.1.2 uPP外设接口说明

4.1.3 uPP通信模块的FPGA实现

4.1.4 DSP与FPGA之间uPP通信模块回环测试

4.2 FPGA与DSP之间高速通信接口实现

4.2.1 FPGA与DSP之间SRIO接口设计

4.2.2 FPGA与DSP之间PCIE接口设计

4.3 本章小结

第五章 图像处理算法的实现

5.1 图像融合算法设计

5.1.1 双线性插值算法的仿真与实现

5.1.2 图像融合算法的应用

5.1.3 图像融合算法的仿真

5.1.4 拉普拉斯图像融合算法的实现

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

参与科研项目