基于嵌入式系统的运动目标跟踪视频监控系统的设计研究

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随着电子信息技术及视频处理技术的发展,视频监控系统经历了纯模拟系统、部分数字化系统,完全数字化系统三个发展阶段。目前的视频的监控系统在完全数字化系统的基础上,借助于视频图像分析处理,正向着智能化监控的方向发展。同时,计算机技术与集成电路设计技术的不断发展与提高,极大地促进了嵌入式系统的发展。   产品成本与应用场合的需要,要求智能视频监控必须从终端.服务器模式向终端-服务器一体化转变,嵌入式系统的发展为之提供了锲机。本课题基于嵌入式系统设计原理,采用SOPC技术在FPGA上设计并实现了运动目标跟踪视频监控系统。系统完成监控场景的视频图像数据的采集、运动目标检测、摄像机后台的实时控制跟踪运动目标及视频数据的本地存储与网络传输。   SOPC技术以FPGA为载体,在一片FPGA芯片中实现SoC系统的设计。与传统的嵌入式SoC系统相比,该技术最显著的优势在于其可编程能力,为系统的开发测试及产品升级提供了方便,并且在一定程度上降低了系统的功耗。SOPC技术已经成为现代电子技术和电子系统设计的汇聚点和发展方向。   本论文分析了目前基于运动目标检测跟踪技术的智能视频监控设计方案,针对其中的不足,提出采用SOPC技术,以嵌入式系统设计原理为指导,设计一基于运动目标检测跟踪技术的智能视频监控嵌入式系统。论文具体完成的工作主要有:   (1)调查分析了目前安防领域中智能视频监控系统的设计方案,并提出采用SOPC技术来实现系统设计。传统的智能监控系统很大部分还是采用C/S结构来实现,即视频图像采集与数据的分析处理由两个分离的系统完成,而且很大部分的视频数据的分析处理还是由PC机来完成的。这一特点也就决定了其不适用于一些特殊场合环境。采用嵌入式系统的设计原理,结合SOPC技术可以将整个系统做在一起,这样可以摆脱对数据处理服务器的依赖,增强了使用过程中的适用性。   (2)总结分析了目前在视频领域常用的运动目标检测与跟踪技术及常用算法。并对所分析的几种算法做了具体比较。根据嵌入式系统的实际特点提出在本课题所研究的嵌入式系统运动目标检测跟踪中采用基于背景差的基本算法。   (3)根据系统设计的具体功能要求与嵌入式系统设计原理,采用SOPC技术在FPGA上实现SOPC系统。本课题所设计研究的智能视频监控系统可以自动检测跟踪运动目标来实现智能监控,同时对采集到的视频图像根据具体情况与要求进行本地存储及网络传输。SOPC系统的构建采用Altera公司的EDA工具与提供的IP完成,系统以Avalon总线规范集成了NiosⅡ软核处理器及其它相关外设控制器,并使用SOPC Builder具体完成。   (4)针对系统运行中的多任务实时处理的要求,选择uC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统对系统任务进行调度管理。在视频数据的网络传输要求上采用轻量级的LwIP协议。分别针对应用平台完成了操作系统及网络协议的移植。   (5)最终设计的系统基于实验开发平台DE2-70做了综合适配与下载测试,并给出了在FPGA芯片EP2C70上综合的逻辑资源占用报告。   本课题融合了视频图像的采集与分析处理及数据传输存储、嵌入式系统设计与实时控制、SOPC技术等方面的理论与知识。设计实现的基于运动目标检测跟踪技术的智能视频监控系统在性能成本及功耗上有明显优势。
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