基于SOPC的视频运动目标检测系统

　　摘要：文章是以Nios II处理器为中心的视频运动目标检测系统，通过CMOS图像传感器采集视频图像信息，采用帧间差分法检测运动目标，形心算法对目标进行，最后在VGA显示器上显示视频中运动物体。实验结果表明，该系统可达到运动目标检测的理想结果。

　　0 引言

　　运动目标检测就是将运动的目标从视频图像序列中检测出来，对其进行。在计算机视觉领域和智能视频系统中，目标检测与系统是一个最要的研究内容，该系统在很多领域中经得到广泛的应用，例如在家庭住宅小区、智能交通、银行、超市等场所都设有视频系统，起到了不需要人为的作用，就可以对采集来的视频图像信号进行处理，并对系统进行控制。视频与系统VSAM是由美国研制出来的，其作用是对整个场景进行，该系统可以自动地调多个图像传感器无缝接入，主要应用在战争、场合的。马里兰大学研制出的W4实时可以在夜晚或者光线较差的下对出现的人定位和分割，主要应用在智能交通、家居服务等。视频运动目标检测与系统对检测目标的准确性和实时性要求很高。SOPC是嵌入式微处理器可编程片上系统，可在FPGA芯片上实现。本文采用SOPC(在FPGA嵌入NiosII软核)作为视频处理核心器件的方案，与传统的采用DSP和ARM芯片的方案相比，具有成本更低、设计更灵活，而且能达到软硬件协同工作、处理速度更快、容易升级。系统采用Altera公司的CycloneII EP2C35F672C6作为核心处理芯片，NIOSII软核处理器为核心对运动目标实时准确地检测与。

　　1 系统组成及框图

　　本文是基于FPGA的视频运动目标检测系统，主要分为四个模块：图像采集模块、存储模块、目标检测模块和VGA显示模块。

　　1.1 图像采集模块

　　图像采集模块的作用是接收CMOS图像传感器采集到的视频图像。本系统采用的是友晶公司提供的TRDBD5M摄像头开发套件，使用的是CMOS图像传感器，它是将光学图像成电子信号的有源像素传感器，是利用CMOS半导体而制成的。TRDBD5M作为一款摄像头套件，有很多摄像方面的优势;高帧率、优秀的低亮度性能、微弱的暗电流、全局复位解除(使所有像素点同时开始)、可编程控制帧率、帧规模、时间，片上锁相环、自动黑面校准等。

　　1.2 存储模块

　　本设计在硬件系统中使用一片SDRAM作为图片缓存的存储器，在软件系统中，备用一片SDRAM存储帧图片，使用一片SRAM存储软件代码和软件处理过程的中间数据。

　　1.3 目标检测模块

　　系统中大部分模块是由Verilog HDL设计的，使用硬件来完成实际的功能，此模块是在基于NiosII IDE集成开发工具使用C语言实现的，我们在EP2C35中嵌入NIOS II软核，控制连接在外部总线上的SDRAM和SRAM。在整个模块中，FPGA是综合了NIOS II处理器、SDRAM控制器、SRAM控制器、摄像头等许多模块的最主要的部分。

　　1.4 VGA显示模块

　　VGA输出接口芯片采用的是美国AD公司的ADV7123，它是一款单芯片包含3高速、10位输入的视频D/A转换器、行场同步信号、行场消隐信号、时钟信号。ADV7123对RGB视频数字信号进行D/A变换成VGA需要的RGB模拟信号。最后将运动目标检测结果显示到PC显示器上。运动目标检测系统的总体框图如图1所示。

　　运动目标检测是目标的前提，其作用就是当视频图像序列中有运动目标出现，通过检测算法将目标从背景图像中提取出来。根据场景是运动的还是固定的，可以分为背景是固定的运动目标检测和背景是运动的运动目标检测。本系统是对背景运动的运动目标检测，目前，运动目标检测主要有三种方法：背景差分法、光流法和帧间差分法。背景差分法和光流法与帧间差分法相比，具有精度高定位准的优点，但算法的复杂性较高，难以在硬件平台上实现实时处理，因此，本系统采用的是帧间差分法。

　　帧间差分法是对连续视频序列图像中相邻两帧作差，从而得到运动目标的方法。通常选取相邻的两帧或三帧图像进行差分运算，设t时刻当前帧图像为Fk(x，y)，t-1时刻的前一帧图像为Fk-1(x，y)，两帧进行相减运算如下：

　　1.5 目标

　　目标有很多算法，本系统选用的是形心法。形心就是运动目标的中心，对于准确定位出目标具有重要的意义。本文形心的获取主要是通过帧间差分法检测到运动目标后，对检测到的所有动态点横坐标和纵坐标进行统计，然后算出所有动态点横坐标和纵坐标的中值，这个中值即为运动目标的中心。当运动目标较小时，若采用模板匹配法，由于所取模板与背景类似，目标特征不够明显，比较容易产生错误的匹配，因此，比较适合采用形心法进行和测量。二值化后的图像，其形心坐标计算公式为：

　　形到运动目标的坐标后，统计运动目标的像素点，再根据形心坐标将运动目标用矩形框，进而得出运动物体轨迹，NiosII处理器作出相应的控制信号，驱动云台进行运动目标。

　　2 实验结果

　　本论文是基于SOPC的视频运动目标检测系统，使用Altera公司DE2多开发板完成的。

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