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随着芯片技术的发展,基于嵌入式的目标跟踪系统得到大量的应用。目前市场上的嵌入式跟踪系统,主要基于ARM处理器,数字信号处理器(DSP),FPGA可编程电路。首先FPGA的最突出特点是强大的并行能力,一般在跟踪系统中,做接口逻辑单元和简单的图像处理单元,而对于复杂的算法,其硬件编程语言实现较为复杂,而对于DSP和ARM来说,基于单个处理器的系统,很难兼顾算法处理能力和系统控制能力。因此常见的为DSP加上ARM的结构或是DSP加上FPGA/CPLD的结构。
本文在分析了多种嵌入式目标跟踪系统的基础上,提出一套基于双DSP的电视跟踪系统的设计。其中一块DSP为高性能的双核处理器BF561(ADSP-Blackfin561),该处理器的突出特点在于其拥有两个完全一样的Blackfin内核,可以并行处理,为复杂的跟踪算法提供了强大的硬件支持。另一块DSP为针对多媒体领域的BF548(ADSP-Blackfin548),该处理器不但拥有出色的多媒体处理能力,还在其内部集成了丰富的外设接口,使得处理器不但可以独立进行算法的运行,还可以方便的对系统进行控制。系统的优点首先是整个结构清晰,将算法核心模块和控制核心模块分离,这样可以灵活的对系统进行功能重构,来满足不同的应用环境。其次,系统实际上是由三个处理器内核构成,因此整个系统可以应用于需要多核并行处理的场合,如基于三维画面的图像处理。并且BF548特有的OSD功能,大大改善了系统交互的友好性。
本课题首先对系统的功能要求和性能要求进行了分析,确定了去均值归一化相关匹配算法作为本系统的目标跟踪算法。并根据系统实际工作情况及性能方面的考虑,制定了自适应的加权模板更新策略,结合波门的粗匹配和三步搜索法策略,以及目标丢失的识别和处理方法。接着根据算法的复杂度和功能要求,设计了系统的整体硬件方案和软件方案。然后详细叙述了算法核心处理器BF561上的系统软件设计及优化方法,以及系统处理器BF548上的系统软件设计。最后对整个系统的功能和性能进行验证,并对结果进行了分析。
本文中的重点和难点有以下几个方面。为了实现较好的跟踪效果,制定合理的模板更新策略和搜索策略。为了达到跟踪的实时性要求,对算法进行优化。为了充分发挥BF561的双核处理能力,制定合理的双核同步机制以及算法分配方法。为了让BF548上多种功能合理有效的实现,在其上移植了uCOS-Ⅱ实时操作系统,并对任务、中断等进行合理设计。