分布式多視角目標跟蹤算法在OMAP3平臺上的實現(xiàn)與優(yōu)化

　　摘要：本設計在最新的TI OMAP3平臺上實現(xiàn)分布式多視角目標跟蹤算法。系統(tǒng)由多個攝像頭及相應的處理部分組成，各個攝像頭分別獨立地采集圖像數(shù)據(jù)并進行跟蹤。本設計構(gòu)造了分布式目標跟蹤軟件框架和網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，在各攝像頭的跟蹤算法中采用了最大似然估計、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，同時對各攝像頭算法進行優(yōu)化以保證實時性。

　　關(guān)鍵詞：分布式多視角跟蹤算法;OMAP3530;SoC1.

　　引言

　　本系統(tǒng)主要針對多個視角視頻數(shù)據(jù)中目標的跟蹤。多視角目標跟蹤，可以利用空間上多個攝像頭之間目標信息的交互，來有效提高跟蹤精度，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]為復旦大學電子工程系數(shù)字信號處理與傳輸實驗室多年積累的最新研究結(jié)果，其中很多成果已發(fā)表于國內(nèi)外權(quán)威雜志。

　　2.系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1　系統(tǒng)簡介

　　本設計在TI最新的OMAP35x EVM平臺上實現(xiàn)了實時魯棒的多視角目標跟蹤系統(tǒng)。OMAP3530處理器包含一個720MHz主頻的ARM Cortex-A8處理器核和一個520 MHz的C64x+DSP核，為視頻跟蹤算法提供了強大的運算能力。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：

　?、毕到y(tǒng)目前具有三個攝像頭，可以很方便地擴展為更多攝像頭;

　?、卜植际教幚硐到y(tǒng)：系統(tǒng)中每個攝像頭可對目標進行獨立跟蹤;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，能恢復跟蹤;

　?、晨蓪δ繕诵畔⑦M行高效融合：采用高效序列蒙特卡洛的數(shù)據(jù)融合方式來提高跟蹤精度;

　　⒋能有效抵抗遮擋：多個攝像頭中，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

　　本設計中，OMAP3530的ARM核運行基于Linux操作系統(tǒng)的應用程序，主要負責視頻采集、視頻預處理、視頻輸出和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換等功能，并將預處理后的視頻數(shù)據(jù)通過共享內(nèi)存?zhèn)魉徒oDSP進行處理。DSP核上運行DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)和整個跟蹤算法的大部分內(nèi)容。所有算法的接口都符合TI xDAIS標準，由Codec Engine調(diào)用。ARM核和DSP核的通信由TI提供的Codec Engine軟件框架負責。DSP上的跟蹤算法主流程如圖2所示，分為三個主要階段：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