基于FPGA的高帧速CMOS成像系统设计

为了实现数字图像的高速高分辨率实时处理,设计了一种基于CMOS图像传感器、FPGA、千兆网和串口通信控制的高速高分辨率CMOS成像及实时显示系统;给出了系统结构原理,介绍了系统软硬件结构设计,结合CMOS图像传感器的工作模式和驱动时序,设计了系统成像控制模块、图像数据的高速缓存模块、图像数据的千兆网高速传输模块,实现了图像的实时显示与成像外部控制。实验表明,设计的成像系统方案合理,系统在全帧全分辨率(1280×1024)下读出帧频最高可达500帧/秒。     

基于PCI Express 总线的高帧频CMOS相机图像采集系统设计

基于PCI Express总线设计了一种高帧频CMOS相机图像采集系统。选用帧频250帧/s的LUPA-300作为高帧频图像传感器,通过FPGA实现对图像传感器的参数配置与图像数据处理,采用PCI Express总线作为图像数据传输总线,大大提高了传输速度。实验结果表明该系统结构简单、成像清晰稳定、拍摄速度快,可应用于高速目标的拍摄。     

大面阵高帧频可配置CMOS数字视频系统研究与实现

CMOS图像传感器在许多领域取得了广泛的应用。选用IBIS5-A-1300作为大面阵高帧频CMOS图像传感器,通过FPGA实现对视频系统的控制并采用USB2.0作为高速数据接口接收主机指令和传输图像数据。提出了一个完整的采用CMOS图像传感器的数字视频系统设计方案。     

多发光目标的高速跟踪

研究了一种基于高速图像采集与处理的多发光目标跟踪技术.采用现场可编程门阵列(FPGA)形成高速Camera Link CMOS相机的图像采集与实时处理系统.通过对图像数据进行开窗、求重心等算法处理,实现对多发光目标的跟踪,并搭建由直流电机驱动、具有两个LED光源的发光靶标进行跟踪测试.测试结果表明:相机输出帧频100 Hz时,运动目标相对于相机角速度达1.93 rad/s,仍可实时跟踪.系统的跟踪能力正比于相机帧频.     

高帧频激光光斑采集系统设计

随着半导体技术的发展,COMS图像传感器的灵敏度、分辨率动态范围不断提高,采用高速COMS图像传感器替代传统的CCD图像传感器作为激光通信中APT系统的激光光斑探测单元是APT发展的一种趋势。提出了一种基于高速LUPA-300 COMS图像传感器、DSP和FPGA的通用型高帧频光斑采集系统。FPGA内部生成的异步FIFO作为图像传感器与DSP之间的数据缓冲器,简化了系统结构布局,提高了系统稳定性。经过硬件电路设计、调试、软件部分调试等工作,最终实现了每秒钟1 000帧128×128图像的数据采集,可用于高速激光光斑的采集。     

投票表决算法在高帧频图像处理中的应用

针对目前高帧频图像处理方法中软件速度慢、实时性差、专用硬件开发周期长、灵活性差等缺陷,开发完成了基于FPGA的高帧频图像硬件实时处理系统。该系统采用投票表决算法,压缩了存储和处理的数据量,充分发挥FPGA器件的并行特性,使图像采集与图像处理并行完成,提高了图像处理速度。系统已成功应用于高速轨道检测车的钢轨断面图像实时动态处理和分析。     

基于DSP和FPGA的超大视场红外目标检测图像处理系统设计

研制了一种基于DSP(TMS320C6414)和FPGA(XC2V2000)的超大视场红外目标实时检测图像处理系统。文章详细分析了系统中图像采集、图像处理、伺服系统以及人机接口等模块的工作原理和流程。通过在此系统上运行超大视场红外图像的目标检测与跟踪算法,试验表明目标检测与跟踪效果明显。系统采用模块化设计,计算效率高,工作稳定可靠。     

高帧频视觉实时目标检测系统

为了实现高速场景下的智能实时目标检测,设计了一种基于ZYNQ7000系列FPGA的高速相机平台,并利用该平台进行目标检测算法实现,形成了一套高帧频实时目标检测系统样机。该系统将高速CMOS图像信号直接接入FPGA,在本地FPGA中进行数据处理,实现目标检测算法,最终实时输出目标位置序列。FPGA设计采用流水线结构,对高速视频流图像逐级进行背景差分、二值化、质心解算的流水操作,实现了图像获取与目标检测同步进行。测试结果表明,该系统在560×480分辨率下可以实现大于1 100 f/s的实时目标检测,并输出目标位置,检测精度可达3个像素。     

一种红外仿真图像数据流播放器设计与实现

现有光学仿真训练系统主要应用在可见光测量系统,而红外系统的仿真训练手段极为匮乏。为满足红外图像仿真需求,本文提出了一种基于FPGA和DSP技术实现的红外仿真图像高速实时数据流播放器设计,实现了高带宽、高帧频、高分辨率的红外图像流数据的实时输出,解决了仿真目标与真实背景融合的大数据量运算问题。在实际应用中,取得了较好的视觉效果和训练效果,具有广泛的应用价值。     

基于FPGA的图像采集模块设计

介绍一种通用的高速前端图像采集模块。该模块主要由视频解码芯片SAA7113H和FPGA组成,图像数据通过模拟摄像机获取图像,经过SAA71113H转换成数字图像信号后,由FPGA对图像采集进行控制。在图像采集的过程中,采用状态机的方式对FPGA内部的2个RAM块进行乒乓操作来采集图像数据。编写FPGA程序,并进行相关仿真及实际调试操作。结果证明,该采集模块具有很好的可行性及稳定性。此模块不需要外部存储器,能够运用在各种图像处理系统的前端。     

红外小目标检测跟踪系统设计

从图像处理方法的角度对红外图像中小目标的检测、跟踪进行了研究,给出了系统总体设计框图,整个检测算法的前端图像滤波预处理采用FPGA实现,识别跟踪采用DSP实现。详细介绍了系统各功能模块的设计方法。实验表明该系统实现了小目标检测跟踪的功能,工作稳定可靠。     

一种应用于飞行场景仿真的图像注入模块设计

飞行场景仿真测试是目标特征捕获系统研制过程的重要组成部分,针对目标特征捕获系统模拟飞行场景仿真对场景图像显示的实时性以及数据传输高速率等挑战,本文提出了一种应用于飞行场景仿真的高速图像注入模块设计方案：以FPGA为核心器件,控制USB 3.0接口与LVDS总线实现图像的高速传输,利用FPGA进行图像转换提高图像显示的实时性,并采用基于乒乓操作的双缓存结构保证数据传输的连续性。实验结果表明,该模块在实现1.4Gbps图像传输速率的同时,保证了图像显示实时性与传输正确性。     

基于超宽带技术的运动目标跟踪高精度定位系统设计

为克服运动目标不断变化导致跟踪定位精度较低的问题,设计基于超宽带技术的运动目标跟踪高精度定位系统;图像采集模块由FPGA单元、VGA显示单元、帧缓存单元以及图像采集单元构成,以此实现运动目标跟踪与定位中的图像采集,在超宽带技术模块中,设计超宽带运动目标定位所需的天线、定位基站、移动节点,完成超宽带动态组网,实现硬件系统的设计;基于硬件系统采集到的图像,实施图像灰度化处理、形态学滤波处理,以增强图像中有用的信息,设计TLD运动目标跟踪算法,随着运动目标开始运动,TLD模型会不断学习跟踪的运动目标,获取目标在距离、景深、角度等层面的改变,并不断学习、识别,达到良好的跟踪效果,基于超宽带技术设计运动目标动态定位算法,依据跟踪结果实现运动目标的高精度定位,完成软件系统的设计;实验测试结果表明,该系统在中、远距离目标跟踪与定位实验中跟踪错误率低于0.60%、2.4%,沿着S型运动时,路线弯折处的定位误差较低,与实验运动目标的飞行路线相贴合,具有良好的定位能力。     

A reconfigurable VLSI-based double-lens tracking camera

Watching and tracking an object while seeing a much wider view is one of advantages of the eye system. We proposed and developed a tracking camera system that mimics the eyes by using double-lens modules. In the system, a wide view is captured through the wide-lens module, while the target in it is tracked and magnified through the telescopic lens module. Electronic circuits for tracking control are implemented onto the reconfigurable VLSI or FPGA in order to embed the parallelism in the tracking algorithm into the hardware. A successfully developed FPGA-based prototype performs high-speed tracking at the video-rate. This work was present in part at the 12th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan, January 25–27, 2007     

边缘增强图像互相关模板匹配的并行架构

基于归一化互相关测度(NCC)的模板匹配已经在图像处理领域得到了广泛的应用。对图像进行边缘检测然后进行模板匹配,可充分利用图像的空间相关性,锐化模板匹配结果的相关峰,提高匹配的准确度,可以获得更高的定位精度。为了有效提高定位精度,考虑到导弹制导系统的算法实时性、体积以及为适应战场不同任务阶段采用不同匹配策略的灵活性要求,基于FPGA,通过结合Sobel边缘检测,进一步改进了提出的图像归一化互相关模板匹配高速并行实现架构。对边缘检测前后图像模板匹配的仿真比较结果表明,边缘检测处理可有效锐化相关峰;基于Altera的FPGA芯片EP2S90和开发软件Quartus Ⅱ 8.0的并行实现架构功能与时序仿真及在实际目标识别系统中的应用表明,这种方案可有效地提高系统的运算速度和定位精度,FPGA实现本身也进一步缩小了系统的体积。     

基于双DSP的大视场红外目标实时检测与跟踪系统设计

研制了一种基于双DSP(TMS320C6414)的大视场红外目标实时检测与跟踪图像处理系统。该系统采用双DSP的流水并行处理方式对大视场红外图像进行实时处理,检测出小目标并进行跟踪。文章分析了系统中图像采集、图像处理的工作原理和流程。并在此系统上运行大视场红外图像的目标检测与跟踪算法,试验表明目标检测与跟踪效果明显。     

基于特征空间切分建模的变形手势跟踪算法

为解决人机交互中手势形变和无规律运动带来的跟踪难题,提出了一种基于特征空间切分建模的非参数核密度估计算法来实现手势跟踪.首先,在检测模块中利用AdaBoost分类器检测图像中手势的存在,将检测到的手势位置信息传送给跟踪模块,该模块精确提取手势目标从而对其颜色建模.然后,利用目标的颜色模型对各帧图像进行后验概率密度估算,获取运动目标的概率密度图像,将其分解成手势运动区和同色干扰区.最后,对同色干扰区采用混合高斯建模来削弱同色目标的干扰.当目标丢失时启动再检测模块,并利用贝叶斯分类器与方差分类器实现手势目标重检.实验结果表明,该算法通过对特征空间切分建模以及不同分类器的级联解决了变形手势跟踪的同色干扰与再检测难题.该算法提高了跟踪的准确率（>81.5%）,适合于非刚性物体做无规则运动的复杂场景.     

Hardware/software co-design of a real-time kernel based tracking system

The probabilistic visual tracking methods using color histograms have been proven to be robust to target model variations and background illumination changes as shown by the recent research. However, the required computational cost is high due to intensive image data processing. The embedded solution of such algorithms become challenging due to high computational power demand and algorithm complexity. This paper presents a hardware/software co-design architecture for implementation of the well-known kernel based mean shift tracking algorithm. The design uses color histogram of the target as tracking feature. The target is searched in the consecutive images by maximizing the statistical match of the color distributions. The target localization is based on gradient based iterative search instead of exhaustive search which makes the system capable of achieving frame rate up to hundreds of frames per second while tracking multiple targets. The design, which is fully standalone, is implemented on a low-cost medium-size field programmable gate array (FPGA) device. The hardware cost of the design is compared with some other tracking systems. The performance of the system in terms of speed is evaluated and compared with the software based implementation. It is expected that the proposed solution will find its utility in applications like embedded automatic video surveillance systems.