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1、摘 要 I论文题目：基于 SOPC 的运动目标跟踪技术研究 论文题目：基于 SOPC 的运动目标跟踪技术研究 专 业：控制理论与控制工程 专 业：控制理论与控制工程 研 究 生：何谷慧 研 究 生：何谷慧 指导教师：阎保定 教授 指导教师：阎保定 教授 摘 要 摘 要 运动目标跟踪技术是随着数字图像处理技术的发展和应用而产生的一个新的研究课题，其在军事以及民用等诸多领域中有着广泛的应用前景。随着理论研究与实验研究的不断深入，该技术也在不断的完善和成熟。及时准确的识别出运动目标并估算预测出运动目标在连续帧图像中的位置、速度、加速度等运动参数，为下一步的实时跟踪、打击、抓取目标对象等提供有力支持就
2、是目标跟踪预测的目的。为了使目标跟踪能够适应各种复杂的应用场景，达到实时、准确、有效乃至便携的效果，必须要研制出数据处理能力更高、体积更小、性价比更高的适用市场运作前景的集约化跟踪系统。 计算机和现代电子设计技术的不断发展，特别是可编程片上系统SOPC(System on Programmable Chip)的出现，为上述目标的实现提供了强有力的技术支持。在研究分析运动目标发展现状的基础上本文提出了基于 SOPC 的运动目标跟踪技术实现的设计方案。 本文简述了国内外目标跟踪技术的发展状况和存在的问题，在此基础上对运动目标跟踪系统的一些关键技术进行了研究。首先设定了目标运动的实验环境和条件，并构
3、建了目标运动模型。在此基础上选取硬件实现方案比较成熟 Kalman滤波算法作为跟踪预测算法。然后，根据模块化的设计思想，利用可编程片上系统开发工具进行了配置，并将 C/OS-II 实时操作系统移植到 Nios II 处理器上，搭建了一个基于 SOPC 运动目标跟踪的开发平台。在 FPGA 中用 VHDL 语言完成了卡尔曼滤波算法的硬件实现，并进行了仿真验证。最后，在此基础上构建了基于 SOPC 技术的实时图像处理系统的总体结构，分别对系统的嵌入式处理器、数据存储、显示等模块进行了结构设计，采用软/硬件协同工作完成动态目标的检测和跟踪，并进行了实验综合验证。 实验结果证明了利用 SOPC 技术实
4、现目标跟踪的可行性和有效性，为研制更加先进的基于 SOPC 的目标跟踪系统积累了经验，同时对于 FPGA 及 SOPC 技术在复杂控制领域的推广应用具有重要的参考价值。 摘要 II关 键 词：关 键 词：运动目标跟踪，卡尔曼滤波，片上可编程系统，IP 核 论文类型：论文类型：应用研究 ABSTRACT IIISubject: Study of the Moving Target Tracking Technology Based on System on _Programmable Chip Specialty: Control Theory and Control Engineerin Na
5、me: He Guhui Supervisor: Yan Baoding Professor ABSTRACT With the application and development of digital image processing technology, the technology of tracking moving target is becoming a hot research topic. Moreover, it has a broad application prospect in many fields such as military and commercial
6、 fields. With the in-depth study of the theoretical and experimental research, the tracking technology is continually improved and becoming mature. The purpose of tracking is to provide an effective support for capturing and combating the target. To achieve this task, we must timely and accurately d
7、istinguish the moving target and obtain the motion parameters of the object such as displacement, speed and acceleration. It is necessary to design a system of tracking target which is smaller, more cost-effective and has higher data-processing capability. Along with the development of computer and
8、modern electronic design technology, especially the emergence of the programmable system on chip SOPC (System on Pro-grammable Chip), it is mostly possible to realize these objectives. This paper, based on the study of moving target research, gives us a new solution which is using the techno-logy of
9、 SOPC to realize the task of tracking moving target. In this paper, it has described the situation and existing problems of the tracking moving target technology, and on this basis, some key techniques of the moving target tracking system are studied. First, the experimental environment and conditio
10、ns of moving object is set and the target motion model also is established. On the basis, the more mature prediction algorithm which fit the hardware is selected. According to the modular design concept, the tools of the programmable system on chip are configured and C / OS-II real time operating sy
11、stem is ported to Nios II processsors .The moving target tracking hardware platform based on SOPC is built. FPGA is implemented in the Kalman filter algorithm for hardware implementation, and simulation is conducted. Based on the SOPC technology, the over-all structure of real-time image processing
12、system is built. Whats more, embedded processors, data storage, display and other ABSTRACT IVmodules of the system are respectively designed. In the way of making soft / hardware work together, we complete the task which is detecting and tracking of the dynamic target. Experiment results show that u
13、sing SOPC technology to track the dynamic target is feasible and effective. This research accumulates more experience for others to produce more advanced target tracking system which is based on SOPC. At the same time, it is very important to promote the use of the FPGA and SOPC technology in the fi
14、eld of complex control for it serves for a later reference. KEY WORDS: tracking of moving object, kalman filter, System on programmable Chip, IP core Dissertation Type: Application research 第 1 章 绪论 1第1章 绪论 第1章 绪论 1.1 引言 引言 视觉是人获取外界信息的重要途径之一，利用机器代替人的视觉获取有用信息的构想使得计算机视觉研究出现并迅速发展起来。计算机视觉研究就是指利用摄像机和计算机代
15、替人眼和大脑对图像进行读取、预处理、识别、跟踪和测量的一系列研究活动1。 运动目标跟踪是计算机视觉研究的重要组成部分。现实生活中大量的视觉信息都包含在运动物体中，这使得运动目标跟踪研究和应用显得尤为重要。运动目标跟踪的目的是从图像序列中获取运动目标的位置、速度、加速度等运动参量，进而得到目标的运动轨迹，从而实现对运动目标的行为理解，为完成更高一级的任务提供有用信息2,3。 运动目标跟踪研究内容主要包括跟踪算法研究和跟踪实现技术研究。算法研究即跟踪理论研究是整个研究的基础，为跟踪系统的实现和应用提供依据和指导；跟踪系统的实现技术则是针对实际应用场合选择适用的跟踪算法，并利用各种先进技术手段搭建软硬件平台实现目标跟踪。运动目标跟踪研究涉及数字图像处理、人工智能、模式识别以及自动控制等多个领域。随着计算机技术、VLSI技术、高分辨率传感器技术及图像处理技术的迅速发展，运动目标跟踪技术也不断发展和完善，在军事和国民经济等诸多领域实现了越来越广泛的应用。 1.2 运动目标跟踪技术发展概况运动目标跟踪技术发展概况 在过去的几十年中，
