分布式多視角目標(biāo)跟蹤算法在OMAP3平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

　　摘要：本設(shè)計(jì)在最新的TI OMAP3平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)分布式多視角目標(biāo)跟蹤算法。系統(tǒng)由多個(gè)攝像頭及相應(yīng)的處理部分組成，各個(gè)攝像頭分別獨(dú)立地采集圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行跟蹤。本設(shè)計(jì)構(gòu)造了分布式目標(biāo)跟蹤軟件框架和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，在各攝像頭的跟蹤算法中采用了最大似然估計(jì)、序列蒙特卡洛方法以及基于卡爾曼外觀濾波的模版更新匹配等最新算法，同時(shí)對(duì)各攝像頭算法進(jìn)行優(yōu)化以保證實(shí)時(shí)性。

　　關(guān)鍵詞：分布式多視角跟蹤算法;OMAP3530;SoC1.

　　引言

　　本系統(tǒng)主要針對(duì)多個(gè)視角視頻數(shù)據(jù)中目標(biāo)的跟蹤。多視角目標(biāo)跟蹤，可以利用空間上多個(gè)攝像頭之間目標(biāo)信息的交互，來(lái)有效提高跟蹤精度，解決單攝像頭系統(tǒng)難以解決的問題。本系統(tǒng)采用的算法[1-5]為復(fù)旦大學(xué)電子工程系數(shù)字信號(hào)處理與傳輸實(shí)驗(yàn)室多年積累的最新研究結(jié)果，其中很多成果已發(fā)表于國(guó)內(nèi)外權(quán)威雜志。

　　2.系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　本設(shè)計(jì)在TI最新的OMAP35x EVM平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)魯棒的多視角目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。OMAP3530處理器包含一個(gè)720MHz主頻的ARM Cortex-A8處理器核和一個(gè)520 MHz的C64x+DSP核，為視頻跟蹤算法提供了強(qiáng)大的運(yùn)算能力。OMAP開發(fā)板上含有多種視頻輸入和輸出接口，能滿足各種視屏輸入和輸出的需求;還含有10M/100M以太網(wǎng)口，能滿足分布式系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)傳輸需求。

　　硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架如圖1所示。圖中顯示了系統(tǒng)各部分的連接關(guān)系。三塊OMAP3530開發(fā)板是系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)的核心，它們分別從三路攝像頭接收數(shù)據(jù)，然后處理數(shù)據(jù)，再顯示在顯示器上。三塊開發(fā)板通過100M以太網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，從而可以交換三個(gè)攝像頭之間的數(shù)據(jù)，使得跟蹤過程具有更高的精確度和魯棒性。系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn)：

　　⒈系統(tǒng)目前具有三個(gè)攝像頭，可以很方便地?cái)U(kuò)展為更多攝像頭;

　　⒉分布式處理系統(tǒng)：系統(tǒng)中每個(gè)攝像頭可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立跟蹤;在任何攝像頭關(guān)閉或發(fā)生意外后，其他攝像頭繼續(xù)跟蹤;該攝像頭的程序重啟后，能恢復(fù)跟蹤;

　?、晨蓪?duì)目標(biāo)信息進(jìn)行高效融合：采用高效序列蒙特卡洛的數(shù)據(jù)融合方式來(lái)提高跟蹤精度;

　?、茨苡行У挚拐趽酰憾鄠€(gè)攝像頭中，可以利用信息交互，有效糾正攝像頭的遮擋。

　　2.2　軟件分工及流程

　　本設(shè)計(jì)中，OMAP3530的ARM核運(yùn)行基于Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序，主要負(fù)責(zé)視頻采集、視頻預(yù)處理、視頻輸出和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換等功能，并將預(yù)處理后的視頻數(shù)據(jù)通過共享內(nèi)存?zhèn)魉徒oDSP進(jìn)行處理。DSP核上運(yùn)行DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和整個(gè)跟蹤算法的大部分內(nèi)容。所有算法的接口都符合TI xDAIS標(biāo)準(zhǔn)，由Codec Engine調(diào)用。ARM核和DSP核的通信由TI提供的Codec Engine軟件框架負(fù)責(zé)。DSP上的跟蹤算法主流程如圖2所示，分為三個(gè)主要階段：數(shù)據(jù)融合，精確模板匹配和模板更新。為了提高系統(tǒng)并行性，DSP在處理第n幀視頻的時(shí)候，ARM正好顯示第n-1幀視頻并采集n+1幀視頻。

　　3.算法解析