基于雙DSP的實時跟蹤系統(tǒng)設計
實時跟蹤系統(tǒng)中目標的捕獲和跟蹤是圖像處理、計算機視覺和模式識別等領域的重要課題,在軍事、工業(yè)、醫(yī)學和交通等方面有著廣泛的應用前景。傳統(tǒng)的圖像處理系統(tǒng)是一般是針對8位的數(shù)字圖像,大多數(shù)的跟蹤器采用TI公司所推出的優(yōu)秀的高速數(shù)字信號處理芯片C6x系列DSP,TI公司提供了很多針對處理256灰度級圖像的圖像處理支持庫,用戶可以方便的調用里面的API函數(shù),并通過CCS自帶的調試工具進行簡單快捷的調試,縮短程序的開發(fā)周期。由于信息技術的不斷發(fā)展,人們越來越注重跟蹤的精度和可靠性,高分辨率高精度的相機越來越受到人們的青睞,而對于大數(shù)據(jù)量的實時處理問題也伴隨產生。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/257298.htm本文針對分辨率為1024×1024的12位數(shù)字相機提供了一個實時跟蹤系統(tǒng)平臺,該平臺的建立對后續(xù)算法的研究奠定了堅實的基礎,由于目標本身的特點本文以重心法為例進行分析。
1. TMS320C6203簡介
TMS320C6203芯片是TMS320C62x系列定點DSP中的一員。定點DSP在硬件結構上比浮點器件簡單,具有價格低和速度快的特點,因而應用的最多。C62系列DSP的主要特點是在體系結構上采用了由TI公司研發(fā)的VelociTi甚長字(VLIW)結構。每個指令字包含多個字段(指令),字段之間相互獨立,各自控制一個功能單元,因此可以單周期發(fā)送多條指令,實現(xiàn)很高的指令級并行效率。C6000的VLIW采用了類RISC指令集,使用大的統(tǒng)一的寄存器堆,結構規(guī)整,具有潛在的易編程性和良好的編譯性能,在科學應用領域可以發(fā)揮良好的作用。300MHz時鐘的C6203峰值性能可以達到2400MIPS(百萬條指令/秒)。C6203有8個獨立的功能單元,其中6個加法器,兩個16位乘法器可以得到32位的結果,可以每周期執(zhí)行8條32bit指令,專用存取結構,32個32bit通用寄存器,支持40bit ALU運算,支持位操作。由于多功能單元的并行操作,使DSPs在相同的時間內能夠完成更多的操作,因而提高了程序的執(zhí)行速度。除多功能單元外,流水技術是提高DSPs程序執(zhí)行效率的另一個主要手段。
DSPs采用了程序總線和數(shù)據(jù)總線分離的哈佛總線結構,可以同時取指和取操作數(shù),片內提供256位的程序總線、2套32位數(shù)據(jù)總線和1套32位的DMA專用總線。靈活的總線結構大大緩解了數(shù)據(jù)瓶頸對系統(tǒng)性能的限制。
C6203芯片片內提供多種功能強大的集成外設,包括3個多通道緩沖串口,兩個通用計數(shù)器,一個32bit擴展總線,32bit高性能外部存儲器接口(EMIF)提供了與SDRAM、SBSRAM和SRAM等同步、異步存儲器的直接接口。
隨著DSPs應用的日益廣泛深入和市場競爭的日趨激烈,TI公司推出了世界上第一個效率可達70%~80%的匯編語言級C編譯器,它產生的代碼的平均效率是其他DSPs編譯器的3倍,另外,C6000獨有的匯編優(yōu)化器可以使開發(fā)者采用線性匯編語言得到近似標準匯編的性能,因而降低了開發(fā)難度。CCS的出現(xiàn),提供了更加豐富和強有力的調試手段來提高程序調試的效率和精度,使應用程序的開發(fā)變成一件輕松而有趣的工作。
2. 電視跟蹤系統(tǒng)硬件結構
本文實驗所用到的高精度相機為DALSA公司生產的1M30相機,1024×1024協(xié)議,全局CCD結構,幀頻為30fps,40MHz數(shù)據(jù)吞吐率,12位數(shù)字化,高靈敏度低暗電流,異步圖像獲取,外部觸發(fā)結構,單12V24V供電,多觸發(fā)控制。
3. 投影法及在捕獲、跟蹤系統(tǒng)中的應用
投影法是一種簡單而且容易實現(xiàn)的方法,設圖像Image上的元素為的大小為m×n,則水平方向的投影與垂直方向的投影分別為:
DSP1捕獲系統(tǒng)設計如下:
由于DMA傳遞數(shù)據(jù)的最大限度為0xffff,可將1024×1024大小的圖像通過DMA分8次倒入DSP中,DSP1沒有接到捕獲命令的時候可以進行圖像拉伸或目標位置預測等算法,協(xié)助和檢驗DSP2的跟蹤;當DSP1接到自動捕獲命令后進入捕獲狀態(tài),分塊累計直方圖計算閾值,將圖像二值化,然后通過投影法求取水平方向投影和垂直方向的投影,整場計算完畢累計投影值,找到水平方向投影最大值與垂直方向投影最大值的交界處,將該位置通過FIFO送給DSP2用于以后的跟蹤。
DSP2跟蹤系統(tǒng)設計如下:
當DSP2接到跟蹤命令后進入跟蹤狀態(tài),跟蹤命令或由DSP1給出,或由鼠標通過串口通信強制跟蹤,本文以初值256×256畫跟蹤窗,通過DMA傳遞數(shù)據(jù)將窗口內的圖像轉到片內寄存器進行處理。由于目標與鄰近的背景之間一般有著很高的對比度,可以在跟蹤窗內對物體進行識別。累計跟蹤窗內的直方圖,計算窗口內閾值將圖像二值化計算目標重心位置,并通過投影法找到目標各個方向的邊界,估算目標大小調整跟蹤窗的尺寸。若跟蹤窗內沒有發(fā)現(xiàn)目標則向DSP1發(fā)出捕獲命令。
4.試驗結果與展望
經試驗,基于雙DSP平臺的實時電視跟蹤系統(tǒng)實時和準確性滿足要求,能夠及時送出脫靶量,延遲小,工作穩(wěn)定,并且跟蹤窗能夠自動調節(jié),有很好的跟蹤效果。此平臺滿足自然背景下的目標識別和跟蹤要求,但由于只使用了定點DSP必然有其算法的局限性,可再加入一片浮點DSP TMS320C6701設計多DSP平臺,即可滿足算法多方面的要求,如即將準備移植的運動目標姿態(tài)測量算法,可以在實時跟蹤的基礎上,實時給出目標旋轉的角度和縮放大小。
本文的創(chuàng)新點是:建立雙DSP平臺處理高精度高分辨率圖像,兩個DSP協(xié)調工作,由于圖像較大,不能整場存入片內進行處理,因而利用分段累計投影法達到實時捕獲和跟蹤的目的。
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