基于多DSP和FPGA的實(shí)時(shí)雙模視頻跟蹤裝置設(shè)計(jì)

　　如表1所示，由于形心跟蹤和相關(guān)跟蹤各有優(yōu)缺點(diǎn)，具有較大的互補(bǔ)性[7] 。采用形心跟蹤算法的DSP和相關(guān)匹配跟蹤算法的DSP同時(shí)工作，按照各自的圖像分割方法分割出目標(biāo)和背景，抽取目標(biāo)的特征，輸出目標(biāo)的跟蹤信息。最后在主控的TMS320c6416進(jìn)行檢查，把相關(guān)匹配跟蹤模式中采用相關(guān)峰值的相關(guān)度函數(shù)構(gòu)造的目標(biāo)位置置信度和形心跟蹤模式的置信度進(jìn)行置信度判決，從而決定選擇跟蹤控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)不適當(dāng)?shù)母櫮K進(jìn)行重新裝定。

　?。?）目標(biāo)暫時(shí)丟失下目標(biāo)軌跡外推算法

　　在跟蹤目標(biāo)的過程中，目標(biāo)在視場(chǎng)中可能會(huì)被短時(shí)遮擋而丟失；另外當(dāng)目標(biāo)在視場(chǎng)中停留，則目標(biāo)可能融入背景，也會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)丟失的現(xiàn)象。針對(duì)這兩種情況，當(dāng)目標(biāo)短時(shí)遮擋，根據(jù)存儲(chǔ)記憶以前各幀和本幀的目標(biāo)信息，采用微分線性擬合外推方法預(yù)測(cè)下一時(shí)刻目標(biāo)的位置。而當(dāng)目標(biāo)在視場(chǎng)停留時(shí)，首先按目標(biāo)被遮擋處理，當(dāng)外推有限步，或是外推到接近邊界時(shí)目標(biāo)仍未出現(xiàn)時(shí)，則確定該目標(biāo)在視場(chǎng)停留，標(biāo)記停留位置，當(dāng)目標(biāo)再次出現(xiàn)時(shí)繼續(xù)完成跟蹤。

　　4、系統(tǒng)工作狀態(tài)分析

　　為實(shí)現(xiàn)使自動(dòng)有序的跟蹤，我們確定系統(tǒng)各個(gè)跟蹤狀態(tài)和各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件。

　　本系統(tǒng)跟蹤狀態(tài)有四種：

　　S0 搜索狀態(tài) 發(fā)生在系統(tǒng)初始工作或目標(biāo)完全丟失階段。

　　S1 捕獲狀態(tài) 系統(tǒng)處于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)。

　　S2 正常跟蹤狀態(tài) 系統(tǒng)處于對(duì)目標(biāo)的正常跟蹤中。

　　S3 預(yù)測(cè)跟蹤 目標(biāo)偶爾丟失時(shí)，系統(tǒng)通過自學(xué)習(xí)對(duì)當(dāng)前目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)跟蹤，并試圖再捕獲目標(biāo)。

　　本系統(tǒng)轉(zhuǎn)換條件有三種：

　　C1目標(biāo)截獲。

　　C2目標(biāo)偶然丟失，指目標(biāo)瞬間丟失，其運(yùn)動(dòng)仍具有可預(yù)測(cè)性。

　　C3目標(biāo)深度丟失，指目標(biāo)丟失一段時(shí)間，其運(yùn)動(dòng)不可預(yù)測(cè)

　　系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況如圖3所示。在視頻跟蹤裝置啟動(dòng)并初始化后，進(jìn)入搜索狀態(tài)S0，系統(tǒng)按照一定的掃搜規(guī)律進(jìn)行搜索；當(dāng)形心跟蹤模塊發(fā)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)，則進(jìn)入捕獲狀態(tài)S1；由相關(guān)跟蹤模塊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，確認(rèn)后進(jìn)入正常跟蹤狀態(tài)S2；當(dāng)目標(biāo)偶爾丟失時(shí)，系統(tǒng)通過自學(xué)習(xí)對(duì)當(dāng)前目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)跟蹤，并試圖再捕獲目標(biāo)，進(jìn)入預(yù)測(cè)跟蹤狀態(tài)S3；如果目標(biāo)完全丟失，則改變搜索策略，重新再搜索，以便有可能再次捕獲目標(biāo)。

　　5、結(jié)論

　　本視頻跟蹤裝置在設(shè)計(jì)上能完成對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用基于DSP和FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)算法使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能得到很大提高。雙模式的圖像跟蹤算法使系統(tǒng)適合多種背景下的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤，自適應(yīng)能力強(qiáng)，抗干擾性能好，具有鎖定目標(biāo)短暫丟失后的再次捕獲能力，提高了跟蹤的可信度。但本設(shè)計(jì)擬在下面兩個(gè)方面作進(jìn)一步的研究。一是考慮本裝置的軍事應(yīng)用背景，需要目標(biāo)，尤其是遠(yuǎn)方目標(biāo)有相對(duì)較高的速度才能觸發(fā)系統(tǒng)捕獲,因此沒有考慮攝像頭自身跟蹤時(shí)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償[8]。否則，必須加入攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償；二是對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別能力還需加強(qiáng)，在設(shè)定特定跟蹤目標(biāo)上，尤其是跟蹤到多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，不具備區(qū)分的能力，需要改進(jìn)到能識(shí)別設(shè)定中的跟蹤目標(biāo)并完成對(duì)設(shè)定目標(biāo)的跟蹤。