基于FPGA的运动检测系统的设计

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随着社会的发展和科技的进步,人们的生活质量越来越高,视频监控已被广泛应用于各行各业。具有便携性的嵌入式视频监控系统有着广泛的应用前景。视频中的运动目标往往携带了重要的信息,由此可见运动检测对于整个视频监控来说是极其重要的部分。现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)具有高效的运行速度和并行计算能力,已经在嵌入式系统和数字信号处理方面得到广泛应用,同样FPGA技术适用于实时数字图像处理系统。本文结合了FPGA和数字图像处理技术,设计一个运动检测系统。论文主要分为三个部分:首先设计了一种快速中值滤波的图像预处理机制;然后为了对运动目标进行放大处理,提出一种基于边缘的自适应图像缩放算法;最后结合图像滤波、缩放、运动检测算法完成运动检测系统的硬件设计。在图像预处理中,传统中值滤波运算量大,特别是当滤波窗口变大时运算量成倍增加,传统中值滤波难以满足实时性要求。本文针对于此提出了一种5×5窗口的快速中值滤波算法。快速中值滤波算法和传统算法相比,不但比较次数得到了大幅度的减少,而且利用FPGA并行处理的能力,滤波速度也得到了提高。在FPGA硬件平台上验证算法的可行性,并且对不同图像滤波算法做了比较,证明了本算法具有良好的滤波效果。为了能够在FPGA硬件平台上实现高速高质的图像缩放,提出了一种基于边缘自适应的图像缩放算法。此算法在非边缘区域采用双线性插值算法,在边缘区域采用具有方向性的改进三次插值算法。同时利用MATLAB验证了几种常见图像缩放算法并实现了本算法,然后对缩放结果进行主客观评价。设计了边缘自适应图像缩放算法的硬件结构,并用VerilogHDL语言进行算法的硬件电路描述。运用该插值算法可以获得边缘清晰的缩放图像,而且该算法复杂度低,便于硬件实现。最后,对几种常见的运动检测算法做了比较,选用基于W4建模的背景差分法作为本设计的运动检测算法。采用VerilogHDL语言完成了算法描述和整个硬件系统电路的设计,实现对运动目标实时检测。本系统设计过程中为了配合硬件电路使用了NiosII系统作为协处理器,用C语言完成一些硬件电路难以实现的相关操作。论文中还对SD卡存储器接口,图像数据格式转换方法,视频帧缓存机制,VGA接口驱动等相关技术做了一定的研究,以满足系统硬件需求。本文设计的基于FPGA的运动检测系统具有实时性、便携性等优点,可应用于很多不同场合。
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