一種復(fù)雜場景下視頻圖像跟蹤系統(tǒng)

摘 要：針對現(xiàn)有復(fù)雜場景下視頻圖像跟蹤系統(tǒng)和方法的不足，提出了一種復(fù)雜場景下視頻圖像跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)采用DSP+單片機模式，DSP負責(zé)進行視頻圖像處理，單片機負責(zé)控制，將外部指令轉(zhuǎn)換為DSP指令，本文提出的系統(tǒng)在復(fù)雜場景下工作穩(wěn)定，對于地面目標和飛行目標的跟蹤效果良好，能夠穩(wěn)定地對目標進行較長時間的有效跟蹤，取得較好效果。

關(guān)鍵詞：圖像跟蹤；復(fù)雜場景；DSP

中圖分類號：TN949

當(dāng)前各國發(fā)展視頻圖像跟蹤系統(tǒng)大部分都以智能跟蹤為主[1]。所謂的智能跟蹤就是利用微處理器和人工智能技術(shù)，模擬人的分析、推理、判斷等功能，從而有效地提高跟蹤裝置的一種自適應(yīng)能力，智能跟蹤應(yīng)具有多目標處理能力、較強的抗干擾能力和前景預(yù)測能力。但是，由于視頻圖像跟蹤技術(shù)是在最近幾十年才快速發(fā)展起來的，包括計算機技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、視頻通信技術(shù)和自動控制技術(shù)等[2]。為了使視頻圖像跟蹤系統(tǒng)中的CCD攝像機在云臺上實現(xiàn)快速對運動目標實吋準確跟蹤，要求系統(tǒng)的視頻圖像處理速度實時快速，并且系統(tǒng)算法能滿足快速地檢測并跟蹤運動目標。但是，視頻圖像中運動目標檢測與跟蹤技術(shù)還存在著諸多問題，例如：運動目標檢測算法的準確性以及運動目標跟蹤算法的魯棒性等，總之，當(dāng)前大部分算法在復(fù)雜場景下效果都不理想。由此可見運動物體的檢測、識別與跟蹤研究在現(xiàn)代化程度越來越高的當(dāng)今社會有著重要的實用價值[3]。

針對傳統(tǒng)視頻圖像跟蹤系統(tǒng)在復(fù)雜場景下運動目標檢測和跟蹤技術(shù)的不足，本文提出了一種復(fù)雜場景下視頻圖像跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)采用DSP+單片機雙處理器模式，其中DSP負責(zé)進行視頻圖像處理及運動目標位置信息存儲，而單片機負責(zé)系統(tǒng)的控制，將外部指令轉(zhuǎn)換為DSP指令。本文提出的系統(tǒng)在復(fù)雜場景下工作穩(wěn)定，對于地面目標和飛行目標的跟蹤效果良好，能夠穩(wěn)定地對目標進行較長時間的有效跟蹤，取得較好效果。

1 視頻圖像跟蹤系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括視頻圖像采集模塊、視頻圖像處理模塊、單片機控制模塊、串口通信模塊、存儲模塊和視頻輸入顯示模塊。通過視頻圖像采集模塊采集視頻圖像經(jīng)過視頻解碼后由視頻圖像處理模塊處理，包括對圖像進行預(yù)處理、目標檢測和跟蹤、計算角度偏差，并通過數(shù)據(jù)總線傳輸視頻圖像信息到存儲模塊，傳輸角度偏差數(shù)據(jù)到串口通信模塊，處理后的視頻圖像通過視頻圖像顯示模塊編碼并在顯示器上顯示；單片機控制模塊用來接收外部的控制指令，并將其轉(zhuǎn)換視頻圖像處理模塊核心處理器控制指令，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 視頻圖像跟蹤系統(tǒng)框圖

視頻圖像采集模塊，通過CCD攝像機采集的兩路視頻圖像信號進行視頻解碼，轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號通過視頻傳輸總線傳送到DSP的視頻通道vp0、vp1，然后由DSP對視頻圖像進行處理。

視頻圖像處理模塊，該模塊式本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)的視頻圖像處理都是由該模塊實現(xiàn)的，接收視頻圖像采集模塊傳輸來的數(shù)字圖像，進行圖像預(yù)處理、目標檢測跟蹤并輸出角偏差，同時可以通過I2C總線和單片機進行通信。

單片機控制模塊，該模塊的作用是接收外部控制指令，將指令轉(zhuǎn)換成DSP指令，控制DSP進行相應(yīng)的處理，對目標的準確跟蹤。

串口通信模塊，主要負責(zé)數(shù)據(jù)及時準確的傳輸和存儲，在目標跟蹤過程中不斷地接收DSP計算出的目標位置數(shù)據(jù)，同時將目標位置數(shù)據(jù)存儲到EEPROM中。同時模塊通過UART接口與PC機進行通訊時，可以從EEPROM中讀取目標位置數(shù)據(jù)，在PC機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化顯示。

存儲模塊，在系統(tǒng)中負責(zé)擴展DSP的外部存儲器空間，以滿足視頻處理算法對存儲空間的需求。

視頻輸入顯示模塊，作用是將DSP和FPGA處理完成的數(shù)字圖像，經(jīng)視頻編碼器轉(zhuǎn)換成PAL制式的全電視信號，輸出到顯示器，實時顯示圖像。

2 視頻圖像跟蹤系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)的開發(fā)軟件包括：DSP部分的開發(fā)環(huán)境為CCS，作用是用來完成系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的設(shè)置，完成視頻圖像處理并將結(jié)果傳遞給單片機；單片機部分的開發(fā)環(huán)境為Keil C51，實現(xiàn)與DSP進行通信，并將結(jié)果通過UART口在PC機上顯示。圖2為視頻圖像跟蹤系統(tǒng)工作流程圖。

圖2 視頻圖像跟蹤系統(tǒng)工作流程圖

工作流程如下：程序開始對輸入視頻圖像進行初始化，設(shè)置初始化參數(shù)和云臺控制系統(tǒng)參數(shù)。然后對當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，檢測到目標后初始化目標搜索框，將目標鎖定，同時向云臺控制系統(tǒng)發(fā)送指令，然后處理下一幀圖像直到接收到退出指令，處理完畢。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種復(fù)雜場景下視頻圖像跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)采用DSP+單片機模式，DSP負責(zé)進行視頻圖像處理，單片機負責(zé)控制，將外部指令轉(zhuǎn)換為DSP指令，同時對系統(tǒng)工作流程進行詳細說明。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地對目標進行較長時間的有效跟蹤，取得較好效果，對遠程監(jiān)控等領(lǐng)域提供模型參考。

參考文獻：

[1]彭啟琮，李玉柏.管慶.DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003：98-100.

[2]陳巖，劉開華.動態(tài)背景下運動目標的檢測與跟蹤[J].通信技術(shù)，2003（12）：104-106.

[3]陳仙煌.基于DSPs的運動目標檢測與匹配[J].福州大學(xué)學(xué)報，2003（05）：171-177.

作者簡介：柯洪昌（1981.02-），男，吉林德惠人，碩士，講師，研究方向：圖像處理與嵌入式系統(tǒng)。

作者單位：長春工程學(xué)院計算機技術(shù)與工程學(xué)院，長春 130012