基于FPGA的機器視覺技術視頻跟蹤系統實現

劉紫燕，唐 虎，馮 亮

(1.貴州大學 大數據與信息工程學院，貴州 貴陽 550025；2.中國移動通信集團福建有限公司 福州分公司，福建 福州 350000)

近年來，電子技術及機器視覺技術在運動分析、智能視頻監控、人機交互、軍事等領域廣泛應用，使得視頻跟蹤技術在工程應用中有著重要的應用研究價值[1]。目前，較為成熟的視頻跟蹤算法主要是基于Matlab仿真平臺實現，而通過硬件仿真方式實現的視頻跟蹤算法很少[2]。

現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)以其集成度高、多級流水線技術、并行處理等優點，使得芯片運行速度得到較大提高[3]。為了在滿足用戶性能需求的同時提高圖像幀的處理效率，可利用FPGA硬件邏輯電路實現視頻圖像分析[4]。因此，研究基于FPGA機器視覺技術的視頻跟蹤系統，可解決傳統視頻跟蹤系統中存在的精確度低、刷新率低、實時性差、性價比低等問題。

本文設計了FPGA平臺的實時視頻采集顯示系統，對視頻目標的實時檢測、定位及跟蹤算法進行了研究，確定視頻目標特征參數，計算出目標的運動軌跡，然后通過控制云臺步進電機信號，并通過FPGA輸出該控制信號，驅動加載有攝像頭的云臺系統轉動。

1 視頻跟蹤系統硬件架構

1.1 系統總體設計

系統主要功能模塊可分為：圖像采集模塊、SDRAM控制模塊、視頻處理模塊、VGA顯示模塊、云臺驅動模塊、云臺電機6個部分[5-6]，系統設計框圖如圖1所示。

圖1 視頻跟蹤系統構圖

圖1中，攝像頭負責實時視頻圖像進行采集，輸出視頻圖像數據傳送至FPGA核心器件，FPGA核心器件通過內部設計的各功能模塊對視頻圖像數據進行存儲和處理，輸出VGA顯示圖像數據、云臺控制信號，云臺電機上加載的攝像頭根據控制信號進行相應轉動，達到實時跟蹤的目的?！?br>