基于PCI總線的實時圖像識別與跟蹤平臺設計

1、基于PCI總線的實時圖像識別與跟蹤平臺設計                摘要：介紹了PWM控制電路的基本構成及工作原理，給出了美國Silicon General公司生產的高性能集成PWM控制器SG3524的引腳排列和功能說明，同時給出了其在不間斷電源中的應用電路。        關鍵詞：PWM SG3524 控制器    在沒

2、有紅外探測器或其它圖像采集設備的條件下，可以先開發(fā)基于總線的圖像處理平臺，由計算機模擬圖像的生成并完成圖像的高速傳輸，以縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，使系統(tǒng)靈活、實用、便于進行功能擴展。采用美國公司的新一代高性能浮點數(shù)字信號處理器（以下簡稱）研制了實時圖像識別與跟蹤處理平臺，利用不變矩進行圖像識別，采用質心跟蹤方案，獲得了很好的實驗效果。充分發(fā)揮了強大的數(shù)字信號處理能力，并為后續(xù)的研究提供了很好的軟硬件平臺基礎。     數(shù)字信號處理器簡介    芯片內有個并行處理單元，分為相同的兩組。采用甚長指令字結構，使成為高性能的數(shù)字信

3、號處理芯片。其單指令字長為，個指令組成一個指令包，總字長為。芯片內部設置了專門的指令分配模塊，可以將每個指令包同時分配到個處理單元，個單元可同時運行。芯片的最高時鐘頻率達到，此時浮點運算處理能力可達到。外部存儲器接口支持數(shù)據(jù)寬度的各種類型的同步、異步存儲器,便于系統(tǒng)擴展。片內有的數(shù)據(jù)和的程序；片外存儲空間分為個區(qū)（、）；有個相互獨立的可編程通道，還有第五個通道可與接口。 的主要特點及應用    是美國公司生產的一種 的總線主控加速器。采用先進的流水線結構；符合本地總線規(guī)范版，突發(fā)傳輸速率達到；本地總線復用非復用的地址數(shù)據(jù)線，有 、三種工作模式，但模式的數(shù)

4、據(jù)和地址總線是非復用的；支持、外圍設備和存儲設備，本地總線操作速率高達；內部有種可編程的，可實現(xiàn)零等待的突發(fā)傳輸及本地總線時鐘和總線時鐘的異步操作，支持主模式、從模式和傳輸模式。是一種性價比高的橋接芯片。    圖給出了總線接口連接圖，使用的串行作為的配置芯片，圖中雙口可設計成、或。工作在模式下。本地總線晶振為，經過測試工作在從模式單字節(jié)讀寫的情況下，本地總線速度已達。根據(jù)實際圖像傳輸需要（圖像大小為×，深度為的灰度圖像）幀頻為幀，已經滿足需要。為了再提高傳輸速度，可以開發(fā)成突發(fā)或傳輸方式。使用(的)完成到雙口的譯碼電路，本地地址空間可尋址大小

5、為，的本地地址空間映射為地址,總線的地址空間（計算機自動分配）為，同時要求基址空間（對應寄存器）映射到本地地址空間(對應寄存器()即寄存器設為,寄存器設為。其中，的最低位置成“”，表示直接從模式訪問本地地址空間，使能譯碼；寫“”則禁止使能。的值為。圖2 圖像處理系統(tǒng)硬件框圖    利用驅動程序開發(fā)工具生成圖像傳輸卡的驅動程序代碼，用編寫應用程序，完成圖像處理版與機之間的高速率的圖像序列傳輸。     圖像處理板硬件設計    系統(tǒng)硬件框圖如圖所示。圖像處理板以 為核心，主要負責圖像處理

6、，包括對目標的識別和跟蹤，并給出最終的跟蹤角誤差。源圖像通過接口卡傳入圖像處理板的兩片雙口，兩片雙口采用乒乓式存儲。即為了保證圖像處理的實時性，當一片接收數(shù)據(jù)時，另一片為提供圖像處理的數(shù)據(jù)。用作 的擴展，存儲圖像處理的中間結果。圖像處理后的方位與俯仰角度數(shù)據(jù)通過轉換成串行數(shù)據(jù)，再經轉換成電平，送給系統(tǒng)的后續(xù)電路。    選用公司的,完成整個圖像處理板的譯碼邏輯，并承擔部分圖像處理功能。門數(shù)為萬門，采用串行配置時必須使用兩片。配置在的空間。選用的，用作 加載程序時的 ，只能配置在空間，因為只有空間可以與的“窄存儲器”接口。的容量為×，配置在空間。

7、兩片雙口為，容量為×，都配置在空間，地址分別譯為和。的:,即存儲器映射方式為、加載、地址處的存儲器對應為內部程序。     軟件算法    圖像由計算機經卡傳到圖像處理板的雙口后，對圖像進行預處理，包括圖像校正、圖像濾波，之后進行圖像分割和識別。當識別出目標時設置跟蹤波門，則后續(xù)圖像序列在波門內進行跟蹤。本系統(tǒng)識別的目標為高空飛行的飛機圖像，采用的識別算法要求具有平移、旋轉和比例的識別特征不變性，同時要求跟蹤速度快。    . 圖像分割  

8、60; 圖像分割的目的是將圖像目標和背景分割開來，從而知道目標的大致位置。目前已有各種各樣的方法，其中簡單有效的方法是直方圖分割法中的最大距離法（類間方差門限法）。它的基本思想是：在直方圖取值范圍內，任一灰度級可將直方圖分為左右兩部分，如果這兩部分的灰度均值與總體的灰度均值相距最大，則該灰度級就取為分割門限。這種分割技術可由如下公式描述：    ()(l')-Po(l') 2/Po(l')1-Po(l')    (1)    式中,，為灰度級處

9、的概率。分割的準則是將()為最大值的灰度級作為圖像分割的門限值。圖像中凡是灰度值大于分割門限的像點，均認為是背景中的點；反之，則認為是潛在目標區(qū)域中的點。這種分割方法可以精確地找到分割門限，提取目標。     圖像識別    圖像經過分割后，接下來就要對目標圖像識別。實現(xiàn)目標識別技術的關鍵是如何利用一組特征參數(shù)對區(qū)域的本質特征進行有效的描述。適當?shù)剡x擇特征是很重要的，因為在識別目標時它是唯一的依據(jù)。圖像的識別特征有各種各樣的描述，如目標形狀、大小、統(tǒng)計分布等。這里使用仿射矩不變量和分散度特征來識別目標，取得了較好的

10、效果。    對于經過分割（二值）處理的數(shù)字圖像(,)，可以定義（）階矩：    (,)   （）    式中, ,，    (,)的（）階中心矩可用下式表示：    （）()(,)  （）    式中,即(,)為目標區(qū)域灰度質心。    (,)惟一地確定一個矩序列，反之，矩序列也唯一確定

11、(,)。在此利用公式（）的個幾何矩不變量，再加上分散度特征一起代入目標匹配公式進行目標識別。        () 2 11      （）    ()()    ()()    其中,()()。    此個不變矩對目標區(qū)域的平移()、旋轉()和區(qū)域的比例大小()保持不變。     目標跟蹤與軌跡預測    識別出目標后，根據(jù)目標確定跟蹤波門大小，在跟蹤波門內進行跟蹤，波門的大小采用自適應設置。常用的跟蹤算法有波門跟蹤、圖像匹配跟蹤和多模跟蹤算法，考慮到背景較簡單，采用基于公式（）的質心跟蹤方案。把波門的中心(,)和目標質心(,)的偏差作為跟蹤誤差，通過接口輸出給后續(xù)處理板來實時進行跟蹤。