基于DSP的目标跟踪及多路显示技术研究
摘要
目标跟踪技术无论在军用还是民用方面都具有非常重要的意义，是当今世界各国学者研究的热点和前沿问题之一。本文进行了红外图像目标跟踪技术的硬件及软件系统研究。本文以静止背景下的人为研究对象，其研究目的是在非人为干预的情况下，应用图像处理、智能分析技术等对捕获的图像进行理解、分析。以完成对应用场景中运动目标的检测及跟踪等任务。根据项目的发展需求，进行多路显示技术的研究，旨在扩大监测范围，提供更全面的监测信息。
首先，本文对图像目标跟踪及多路显示硬件电路技术进行研究，设计基于DSP的目标跟踪及多路显示硬件系统。采用TI公司专为视频、图像处理及应用，而设计的DSP微处理器芯片TMS320DM642(以下简称DM642)。研究、设计该芯片及其外围电路组成的硬件平台。论文进行了系统方案论证、硬件原理图设计以及测试工作等。介绍了硬件电路里各个模块的设计，包括图像采集、时序控制、图像编码输出等模块；最后对系统进行测试，得到较理想效果。
其次，研究图像的预处理算法，应用相应的方法来弥补在视频图像采集时由于应用场景、光照、机器本身等产生的噪声等干扰。运用基于三帧差法的目标检测算法，来实现运动目标的检测。利用形心跟踪的方式完成对目标的跟踪任务，编写相关软件并进行实验得到较理想的跟踪效果。
最后，本文旨在将多路CCD捕获的场景信息同时显示在一个监视画面上，通过对图像缩放算法的研究、多路显示框架的研究，实现多路视频图像信息同时、实时的显示。
Whether in military or civilian, target tracking technology has very importantsignificance, which is hot and one of the cutting-edge issues of the countries in the world ofacademic researchers’. This paper mainly studies the hardware and software systems of theinfrared image target tracking technology. The human of stationary background is researchsubject，in this paper. Which research purpose is under the case of non-human intervention, tounderstand and analyze images captured by the camera of the application of imageprocessing, video processing technology and intelligent analysis technology. To completethe task this is detection and tracking of moving targets in the Scenarios. Considered tocomply with project requirements, conduce multi-channel display technology, aimed atexpanding the scope of monitoring, providing more comprehensive monitoring information.
Firstly, the paper research on image tracking and multi-channel display hardware circuittechnology, and design the target tracking and multi-channel display based on DSP hardwaresystem. Research and design the hardware platform that the main chip and itsperipheral circuit. In this paper using the DSP chip on TMS320DM642 (Hereinafter referredto as DM642) which is TI Company’s designed for video, image processing and application.Than do the follow job conducted demonstration of the program, the design of the hardwareschematic，layout design and testing work and so on. Introduced the design of eachmodule in the hardware circuit , including image acquisition module, timing controlmodule, image coding output module and so on; Finally, it gets more satisfactory results aftertesting the system.
Secondly, the paper study the image preprocessing algorithm, design the appropriate wayto compensate for the noise in the video image acquisition due to the scenarios, light, machineitself. The use of target detection algorithm based on three difference method, which achievesthe moving target detection. Using the cancroids tracking methods complete the target tracking task, compile related software and experiment with better tracking.
Finally，This paper aims to make the scene information which captured by multi-channelCCD display on a monitor screen, through researching the image scaling algorithm and themulti-channel display framework to achieve multi-channel video image information at thesame time, real-time display.
首先，本文对图像目标跟踪及多路显示硬件电路技术进行研究，设计基于DSP的目标跟踪及多路显示硬件系统。采用TI公司专为视频、图像处理及应用，而设计的DSP微处理器芯片TMS320DM642(以下简称DM642)。研究、设计该芯片及其外围电路组成的硬件平台。论文进行了系统方案论证、硬件原理图设计以及测试工作等。介绍了硬件电路里各个模块的设计，包括图像采集、时序控制、图像编码输出等模块；最后对系统进行测试，得到较理想效果。
其次，研究图像的预处理算法，应用相应的方法来弥补在视频图像采集时由于应用场景、光照、机器本身等产生的噪声等干扰。运用基于三帧差法的目标检测算法，来实现运动目标的检测。利用形心跟踪的方式完成对目标的跟踪任务，编写相关软件并进行实验得到较理想的跟踪效果。
最后，本文旨在将多路CCD捕获的场景信息同时显示在一个监视画面上，通过对图像缩放算法的研究、多路显示框架的研究，实现多路视频图像信息同时、实时的显示。
Whether in military or civilian, target tracking technology has very importantsignificance, which is hot and one of the cutting-edge issues of the countries in the world ofacademic researchers’. This paper mainly studies the hardware and software systems of theinfrared image target tracking technology. The human of stationary background is researchsubject，in this paper. Which research purpose is under the case of non-human intervention, tounderstand and analyze images captured by the camera of the application of imageprocessing, video processing technology and intelligent analysis technology. To completethe task this is detection and tracking of moving targets in the Scenarios. Considered tocomply with project requirements, conduce multi-channel display technology, aimed atexpanding the scope of monitoring, providing more comprehensive monitoring information.
Firstly, the paper research on image tracking and multi-channel display hardware circuittechnology, and design the target tracking and multi-channel display based on DSP hardwaresystem. Research and design the hardware platform that the main chip and itsperipheral circuit. In this paper using the DSP chip on TMS320DM642 (Hereinafter referredto as DM642) which is TI Company’s designed for video, image processing and application.Than do the follow job conducted demonstration of the program, the design of the hardwareschematic，layout design and testing work and so on. Introduced the design of eachmodule in the hardware circuit , including image acquisition module, timing controlmodule, image coding output module and so on; Finally, it gets more satisfactory results aftertesting the system.
Secondly, the paper study the image preprocessing algorithm, design the appropriate wayto compensate for the noise in the video image acquisition due to the scenarios, light, machineitself. The use of target detection algorithm based on three difference method, which achievesthe moving target detection. Using the cancroids tracking methods complete the target tracking task, compile related software and experiment with better tracking.
Finally，This paper aims to make the scene information which captured by multi-channelCCD display on a monitor screen, through researching the image scaling algorithm and themulti-channel display framework to achieve multi-channel video image information at thesame time, real-time display.
引文
[1]李体然、唐赵英.外军高新技术现状与发展趋势.北京:中国国防科技信息中心.1991.12. 270-280.
[2] http://hi.baidu.com/%BB%C3%CF%EB%B2%A8%B2%A8/blog/item/e73af3008273790e728da5cf.html
[3]李利.DSP处理器结构的发展现状及趋势.高性能计算技术,2004(168):18~20.
[4]刘芸.红外图像目标检测方法研究.硕士学位论文.西安:西安电子科技大学,2009.
[5]刘洋.复杂背景条件下红外图像中弱小目标的检测.硕士学位论文.长春:吉林大学,2007.
[6]郭家欢.基于单帧红外图像的行人检测.硕士学位论文.长春:吉林大学,2007.
[7]姜锦锋.红外图像的目标检测识别与跟踪技术研究.硕士学位论文.西安:西北工业大学,2004.
[8] M. Bertozzi, A. Broggi, P. Grisleri, A. Tibaldi, and M.D. Rose. A Tool for Vision basedPedestrian Detection Performance Evaluation. In Procs. IEEE Intelligent VehiclesSymposium 2004, Parma, Italy, June 2004:784-789.
[9]陈远祥.视频图像运动目标跟踪技术的研究.硕士学位论文.镇江:江苏大学,2010.
[10] http://wenku.baidu.com/view/df4dbfc56137ee06eff91840.html.
[11]顾鑫.基于DM642的实时图像跟踪系统.硕士学位论文.无锡:江南大学,2009.
[12]荆文芳.飞机红外图像的检测识别与跟踪技术研究.博士学位论文.西安:西北工业大学,2006.
[13]刘贵宝.双DSP的多路视频监控系统设计.单片机与嵌入式系统应用.2011(1): 59-61
[14] http://baike.baidu.com/view/6781594.html
[15] TI公司.TI电子元器件综合说明书.
[16]谌锋.基于TMS320DM642高速图像采集系统的软硬件设计.硕士学位论文.南京：南京理工大学,2006.
[17] Texas Instruments.TMS320C6000 Programmer’s Guide.SPRU198G.2002.8.
[18]于浩,王昊,张天天.基于DM642的实时图像处理系统的研究.长春理工大学学报（自然科学版）.2007,第30卷.第3期.
[19] Texas Instruments.TMS320DM642 Technical Overview, Application Report, andSeptember.2002:5-30
[20] Texas Instruments.TMS320DM642 Hardware Designer’s Resource Guide.Texas Instruments Inc.2005.
[21]李方慧，王飞等．TMS320C6000系列DSP原理与应用．北京:电子工业出版社，2005.
[22]涂军，陈意翔．一种基于DSP技术的动态图像高速采集系统的设计．湖北工业大学学报.2006,4,21(2):51~54
[23]胡伟．基于TMS620DM642的视频处理系统硬件设计.硕士学位论文.北京:北京化工大学,2006.
[24] Texas Instruments.TMS320DM642 Datasheet, Jul 2003:21-22
[25]隋绍勇,冯小平. Stratix IIFPGA系统电源设计.电子元器件应用，2007.3
[26]童刚，裴昌幸.DSP的双电源解决方案.电子工程师，2002,11,18（11）.35~36
[27]彭旭锋，高帧频图像压缩器设计.硕士学位论文.太原:中北大学,2010.
[28]赵玲玲，某系统图像识别硬件技术研究.硕士学位论文.太原:中北大学,2011.
[29] Texas Instruments Incorporated,TVP5150AM1 Digital video encoder datasheet.2002，10
[30] Texas Instruments Incorporated.TMS320C64x DSP Video Port/VCXP InterpolatedControl(VIC)Port Reference Guide.2007
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[32]合众达电子技术公司．DM642图像处理平台用户使用手册.
[33]薛继华，王元元. McBSP技术在串行通信中的应用.南通职业大学学报,2009.3
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[35]李天长．基于DM642的嵌入式实时图像处理的研究.硕士学位论文.重庆：重庆大学,2008.
[36]靳中鑫．数字图像信息处理．北京:国防工业出版社，2003:86~92
[37]安阳.红外图像预处理算法研究.硕士学位论文.武汉:武汉理工大学,2008.
[38]冈萨雷斯等著，阮秋琦等译．数字图像处理．北京：电子工业出版社，2008，04，255-263.
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[40]李学广.红外图像预处理算法研究及硬件实现].硕士学位论文.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2007.
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[42]齐丽娜，张博，王战凯．最大类间方差法在图像处理中的应用.信号与信息处理，无线电工程，2006, 36 (7).
[43]赵钦佩.复杂条件背景下的红外图像预处理-检测方法研究.硕士学位论文.上海:上海交通大学,2007.
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[46]李红松，候朝祯.一种新的模糊边缘检测算法.计算机工程，2003，29(9): 1-2.
[47] http://wenku.baidu.com/view/4ddd0948e45c3b3567ec8bb0.html
[48]方帅.视频监控中的运动目标跟踪算法.控制与决策.2005.20(12).1388-1396
[49]谢凤英，赵丹培.Visual C++数字图像处理.北京：电子工业出版社，2008,09,475-483
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