FPGA論文背景差分法論文

1、0中國學(xué)術(shù)期刊測(cè) HYPERLINK h 論文發(fā)袁專家一FPGA 論文背景差分法論文摘要：視頻圖像處理對(duì)處理器的數(shù)據(jù)處理能力和實(shí)時(shí)性 要求都非常高。設(shè)計(jì)基于fpga和背景差分算法的靜態(tài)背景 下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。采用 fpga 硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，極大的提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，能準(zhǔn) 確的檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：fpga；目標(biāo)檢測(cè)；視頻處理；背景差分法moving target real-time detection of fpga-based static backgroundchen quanjin,zhang yide(school of optoelectronic

2、information,university of electronic science and technology of china,chengdu610054,china)abstract:a video detection system of moving objects based on fpga and background difference algorithm is designed.and introduces the realization indetail.thesystemprocessingspeedhasbeenenhanced greatly,and the m

3、oving object can be detected in realtime and accurately under the staticbackground.keywords:fpga; object detection;video processing;background differencing、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要分為視頻采集、視頻格式轉(zhuǎn)換、視頻預(yù)處理、 視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、vga視頻顯示和系統(tǒng)報(bào)警六個(gè)部分。圖 1 為系統(tǒng)的整體總體框圖。（一）各部分模塊的功能1.視頻采集：將模擬視頻數(shù)據(jù)通過解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字 視頻數(shù)據(jù)。2.視頻格式轉(zhuǎn)換：將解碼后的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 rgb 格式

4、。 3.視頻的預(yù)處理：包括將 rgb 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片外 sdram 中，圖像重構(gòu)和存儲(chǔ)背景。 4.視頻移動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)：從存有當(dāng) 前視頻圖像和背景圖像的sdram中讀出背景圖像和當(dāng)前圖 像，根據(jù)背景差分算法，將背景差進(jìn)行圖像去噪和形態(tài)學(xué)處 理，找出移動(dòng)目標(biāo)。5vga視頻顯示：將檢測(cè)后的結(jié)果實(shí)時(shí) 的在顯示器上顯示出來。6.系統(tǒng)報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)， 系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（二）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用emos模擬攝像頭wv-gp240,解碼芯片adv7180 進(jìn)行視頻采集，將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成 fpga 能夠處理的數(shù) 字視頻信號(hào)， fpga 作為核心處理器，負(fù)責(zé)視頻的格式轉(zhuǎn)換， 預(yù)處理以及移動(dòng)目標(biāo)的檢

5、測(cè)功能，當(dāng)有移動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，發(fā) 出警報(bào)。差分后圖像或背景圖像或當(dāng)前圖像經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 adv7123轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，通過vga接口顯示在顯示器上。圖 2 為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。二、系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（一）視頻處理模塊為了對(duì)完整的視頻圖像進(jìn)行處理，必須對(duì)視頻圖像進(jìn)行 緩存：在 sdram 中開辟兩個(gè)大小為一幅視頻圖像的存儲(chǔ)區(qū)， 采用 ping-pong 操作，當(dāng)在傳輸和存儲(chǔ)重構(gòu)當(dāng)前幀圖像的時(shí) 候，對(duì)上一幀圖像進(jìn)行后續(xù)處理。如此反復(fù)交錯(cuò)的進(jìn)行存儲(chǔ) 重構(gòu)和處理，從而提高系統(tǒng)的吞吐量和處理速度。（二）運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊本系統(tǒng)采用背景差分法。算法實(shí)現(xiàn)的流程如圖 3。將當(dāng) 前幀圖像和背景圖像的灰度進(jìn)行背景差計(jì)算

6、。背景差分算法 實(shí)現(xiàn)過程為：將當(dāng)前幀圖片和背景圖片同時(shí)送入背景差分模 塊中，對(duì)兩幅圖像中對(duì)應(yīng)的像素的相關(guān)分量進(jìn)行相減運(yùn)算并 取絕對(duì)值。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果小于某個(gè)閾值 t 時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前幀圖像 和背景圖像在該像素點(diǎn)上相同，將像素的灰度值置為 255； 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果大于閾值t時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前幀圖像和背景圖像在該 像素點(diǎn)上發(fā)生了變化，表示有移動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，將像素的灰度 值置為 0。為了使檢測(cè)到的移動(dòng)目標(biāo)區(qū)域充實(shí)準(zhǔn)確，引入了 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理中的腐蝕、膨脹算法。運(yùn)用腐蝕算子去除孤 立的噪聲點(diǎn)，運(yùn)用膨脹算子填補(bǔ)目標(biāo)區(qū)域的空洞，這樣既消 除了圖像中分散的碎雜噪聲點(diǎn)，又保留了目標(biāo)的邊緣特征。三、驗(yàn)證和測(cè)試本設(shè)計(jì)采用 altera 公司 cyclone ii 系列 fpga 芯片(ep2c70)作為系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。以上算法均采用verilog 硬件描述語言設(shè)計(jì)。圖4為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，a為背景圖，b為當(dāng) 前幀圖像， c 為背景差值圖像， d 為差值圖像二值化處理后的圖像。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：在簡(jiǎn)單靜態(tài)背景下，利用背景差 分算法能夠有效的檢測(cè)出完整的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，檢測(cè)效果比較 好。能夠充分檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的形狀和姿態(tài)等。采用的是 fpga 作為處理器，運(yùn)算速度非常快，采集視頻圖像時(shí)采用 ping-pong 結(jié)構(gòu)，采集過程和目標(biāo)檢測(cè)采