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1、河北大学 硕士学位论文基于FPGA的图像识别与跟踪系统设计姓名：王飞申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：赵晓军2011-05I摘要摘要在图像处理领域，图像识别与跟踪是项困难而关键的技术。这项技术被广泛的应 用到军事、业等领域。图像识别跟踪算法可以用软件或者硬件来实现。出于对成本的 考虑，一般用软件来实现图像处理的大部分操作，但在实时高速、高分辨的处理情况下， 采用硬件处理是个必然选择。随着嵌入式技术的发展，图像识别与跟踪系统越来越向 低成本、低功耗、小型化发展。所以本设计采用硬件方法实现图像识别跟踪系统。采用硬件实现的主要方案包括：专用的集成图像处理芯片、DSP数字信号处理器
2、或 者FPGA配合相关电路组成。相比较其他设计方案，利用FPGA芯片丰富的硬件资源和硬件 可重构性，可以大大提高图像识别跟踪系统的灵活性和通用性。课题围绕智能跟踪系统，对目标物体的图像识别和跟踪系统的硬件和软件算法实现 进行了探讨，构建了基于FPGA的图像识别跟踪系统设计方案，充分利用FPGA的并行处理 速度、便捷的开发流程，并支持在线编译调试等特点，使的图像识别和跟踪系统的成本 降低，减短了开发周期并能够使跟踪速度满足实时要求。结合硬件电路设计的技术方案， 设计并实现了基于FPGA的图像跟踪系统硬件电路，并对涉及到的关键技术进行深入的研 究，其中包括图像采集模块电路、图像存储模块电路以及显示
3、部分硬件电路的设计。本 文分析了FPGA设计流程，完成了各控制模块软件设计，实现了图像采集、顔色信息转换、 图像信息存储和显示功能。图像处理部分采用Sobel边缘检测算法实现图像的识别，并 结合目标物体顔色信息实现目标物体的跟踪显示。实验证明了本系统，完成了目标物体 的识别和跟踪。关键词关键词FPGA嵌入式图像跟踪Sobel边缘检测Abstract2AbstractIn image processing, image recognition and tracking are difficult and critical technologies. This technology is wide
4、ly applied to military, industrial and other fields. Image recognition and tracking algorithms can be implemented in software or hardware. Out of cost considerations, many image processing system be implemented witch software methods, but in high-speed real-time systems and the processing of high-re
5、solution systems, using hardware methods to process image is an inevitable choice. With the development of embedded technology, image recognition and tracking technology to become a low-cost, low power, small size system. So this paper, we use the hardware method to design the Image Recognition and
6、Tracking System.There are three ways to achieve the system witch hardware method: the integration of specialized image processing chip, DSP digital signal processor or FPGA with the relevant circuit. Compare these methods, FPGA chip has rich hardware resources and hardware reconfiguration. The recog
7、nition and tracking system can greatly improve the flexibility and versatility, when use the FPGA chip.This paper focuses on intelligent tracking system, and research the system hardware and software algorithms of the target object identification and tracking system. We build a image recognition and
8、 tracking system based on FPGA, full use the high-speed of FPGA parallel processing and ease development process. And FPGA has online compiler debugging, so that the image recognition and tracking system can reduce the cost, shorten the development cycle and be able to meet the real-time requirement
9、s. Combination of hardware circuit design technical, we design the hardware circuit of image tracking system based on FPGA, and we research the key technologies in-depth. This paper analyzes the design flow of FPGA , complete the control module software. The system realized the module of image captu
10、re, color information conversion, image information storage and display. We use the Sobel edge detection algorithm in the image processing, and combined with color information to achieve the tracking and display real-time. Experimental results show that this system complete the target object identif
11、ication and trackingKey words FPGA Embedded Image tracking Sobel edge detection河北大学学位论文独创性声明本人郑M声明：所呈交的学位论文，足本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我听知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教疗机构的学位或证书所使 用过的材料.与我;一同工作的同志对本研究所做的任何贵献均己在论文中作了明确的说 明并表示了致谢3作者签名： U_曰期：YU年（月f日学位论文使用授权声明本人完全了解河北大学有夫保留、使用
12、学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文.本学位论文属于1、 保 密 ， 在 _年 _月 _日解密后适用本授权声明.2、 不保密Q/。 (请在以上相应方格内打“ V” ）保护知识产权卢明本人为申渚河北大学学位所极交的教目为FPTA企的 学 位 论 文 ， 是 稅 个 人 在 好 师 （ ) 指 导 并 与 导 师 合 作 下 取 得 的 研 究 成 果 . 研 究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完 成的本人完全了解并严
13、格遵守中华人民共和ra为保护知识产权所制定的各项法律、行 政法规以及河；!大学的相关规定.本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容，如果违反 本声明，本人懕意承担相应法律责任.声明人： _ 日 期 ： 丨丨年 QpPPAmm uimxn mvi DRAI_._I CLK38M)M.U5 IS42S1640UE- 7T2 DRAM DO 4DRA M_D1 5DRA M_D2 7DRA M_D3 8DRA M_D4 10DRA M_D5 11DE：A M_D6 13DRA M_D7 42DRA M
14、_D8 44DRA M_D9 45DRA M_D1 047DRA M_D1 148DRA M_D1 250DRA M_D1 351DRA M_D1 453DRA M_D1 53r- i等GND图3-12 SDRAMSDRAM电路连接图整个系统包括一片FPGA和一片SDRAM芯片。SDRAM控制模块在FPGA内部实现，提供硬 件接，链接到SDRAM芯片上。利用SDRAM芯片的结构特点，设计两个读数据模块和两个 写数据模块，这样在同一个时钟周期内可以进行读写操作，节省系统周期运行时间，加 快图像跟踪速度2。整个系统硬件设计中，SDRAM部分要特別注意，因为芯片读写速度以及时序的正确 决定了整个系统
15、的工作稳定性。布局上SDRAM尽量靠近FPGA摆放。SDRAM的PCB版图制作 时要注意，SDRAM芯片的管脚考虑走线间距和线长等长问题，考虑走线方便，要尽量连 接到FPGA的同一个BANK上，时钟CLK脚链接到FPGA的PLL_OUTp管脚，方便时钟调整。本 系统为了节省成本，采用了两层板设计，信号线两侧加两条地线，尽量保持底层铜平面第3章图像识别与跟踪系统设计21的完整，FPGAFPGA和SDRAMSDRAM下面不走线，已达到信号的完整性设计。3.6图像显示模块设计系统采用VGAVGA显示标准，VGAVGA业标准信号包括：R R、G G、B B三基色信号，行同步信号 和场同步信号。VGAV
16、GA行同步信号用来确定一行图像的开始和结束时间，场同步信号用来 确定帧图像的开始和结束时间21-22。本系统使用ADAD公司生产的ADVADV7123芯片作为显示芯 片，芯片电源范围宽，使用方便。FPGAFPGA将处理好的数字图像信号以及数据时钟行场同步 信号输出给ADVADV7123芯片，ADVADV7123把这些信号转换为模拟图像信号。同时FPGAFPGA输出VGAVGA 行场同步信号。显示模块结构框图如图3-13所示。3.7系统软件下载配置电路设计本系统采用的AlteraAltera公司生产的FPGAFPGA芯片，所以软件开发使用QuartusQuartus软件编译生 成硬件代码。本系统采用两种方式配置FPGAFPGA芯片：主动配置方式和JTAGJTAG配置方式。在调 试过程中采用JTAGJTAG方式下载程序，最终程序采用EPCSEPCS16配置芯片，通过USBBlassterUSBBlasster下 载线对FPGAFPGA进
