基于FPGA的视频监控跟踪系统的设计与实现

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随着国民经济的快速增长、综合国力的不断增强和信息化社会的迅速进步,交通、银行、电力、商场、安防以及军事设施等领域对安全防范和现场记录报警系统的需求与日俱增,要求越来越高,视频监控在生产生活各方面得到了非常广泛的应用。虽然视频监控应用于众多领域,但实际的监控任务仍然需要比较多的人力完成,而且通常系统只是记录视频图像,并没有解释图像,没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时检测、分析、跟踪监控对象,并在异常事件发生时产生提示信息,“智能化”的视频监控就显得尤为重要。  本文研究的主要内容是对智能视频监控跟踪系统中所涉及的理论、算法进行深入探讨,研究了在FPGA在图像处理上的相关应用,结合FPGA的特点及FPGA设计工具与方法,设计并实现以FPGA为核心的智能视频监控跟踪系统。论文的具体工作如下:  (1)概述了课题的研究意义和智能视频监控的国内外研究现状,介绍了目前视频监控研究热点,对比传统的视频监控系统的硬件设计方案提出了以单片FPGA为核心的智能视频监控跟踪系统的实现方案。  (2)详细介绍了典型的智能视频监控系统的设计方案,初步探讨了基于FPGA的实现方式与设计方案。  (3)结合本系统设计的方案,详细介绍了基于FPGA设计的相关技术,详细介绍开发所需要的硬件平台DE2-70多媒体处理平台与TRDB-DC2摄像模块。  (4)介绍了图像预处理算法在FPGA上的相关实现,给出了FPGA在图像处理上的应用实例。详细介绍了智能视频分析算法的理论研究,对常用的目标检测算法进行介绍与对比,同时对人机交互方面做出了详细的介绍。  (5)根据系统功能需求,在FPGA硬件上设计与实现了视频采集与显示、视频存储,视频处理算法;在算法上本系统不仅实现了目标检测、目标跟踪、拌线检测和区域报警算法,而且也实现了多目标跟踪。同时,针对系统功能需要的USB Mouse、PS2 KB、LTM Touch等功能IP核的设计进行详细的介绍。  (6)在FPGA系统上实现了人机交互功能,在FPGA软件设计中实现了包括嵌入式系统的SOPC Builder硬件搭建,μ C/GUI嵌入式软件界面的移植,交互界面的设计,USB Mouse、PS2 KB、LTM Touch等功能IP核的驱动在μ C/GUI中的移植与应用。  本文的创新性在于运用FPGA技术实现具有图像处理功能的硬体算法以及人机交互功能的智能视频监控跟踪系统,实现了预期的检测功能,具有良好的实时性、可靠性。人机交互系统同时提供USB鼠标、PS/2键盘和LTM触摸屏操作,通过交互界面可方便操作系统。
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