基于Zynq的视频移动目标检测系统设计与实现

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移动目标检测作为机器视觉的重要组成部分,普遍应用于视频监控、智能交通等领域。随着应用场景的不断增多,特别是监控系统的广泛应用,人们对视频移动目标检测系统的实时性要求也越来越高。但是,由于目前视频移动目标检测系统主要通过嵌入式软件和前端采集后端分析两种方式进行实现,而对视频中移动目标检测时,需要对采集到的图像进行逐个像素点分析,计算量巨大,导致嵌入式软件系统存在无法保证实时性的问题。如果使用前端不间断视频采集,然后传至后端服务器进行储存分析的方式,则需要视频采集设备和服务器不断进行数据的交互,这样又造成了效率低、服务器压力大、成本高等问题。针对以上问题,本文提出了基于Zynq的视频移动目标检测系统设计方案。该系统通过软硬件协同设计,实现了实时移动目标检测,同时系统仅对存在移动目标的视频数据进行传输,节省资源的同时也提高了实时性。本文主要的研究工作如下:(1)提出融合Sobel边缘检测的三帧差分算法。在对经典的移动目标检测算法进行研究时发现,如果采用单一的算法来对移动目标进行检测,存在不能得到理想效果的问题。为了降低算法受光照因素的影响,并且得到更加完整的移动目标轮廓,本文提出了融合Sobel边缘检测的三帧差分检测方法,弥补了传统三帧差分算法存在提取到的移动目标轮廓不完整的问题,并在一定程度上改善了“空洞”的现象。(2)为了解决嵌入式软件系统无法保证实时性的问题,本文采用Zynq-7000嵌入式可扩展平台作为系统硬件平台,使用Xilinx高层次综合工具制作融合边缘检测的三帧差分法的IP核,以此来通过FPGA强大的数据并行性,对算法实行硬件加速。(3)为了解决无差别的视频录制造成监控效率较低的问题,本文通过算法检测模块控制网络传输模块,仅对存在移动目标的视频进行传输,其他视频片段只用来本地显示,以此来提高视频监控效率。(4)硬件模块的设计。使用SCCB总线协议完成了OV 5640图像采集子系统的搭建并封装成IP核;通过使用Lw IP函数库构建了千兆以太网传输子系统;通过使用TMDS差分传输技术完成了HDMI显示子系统以及通过Vivado开发软件调用VDMA IP核、Video in to AXI4 Stream IP核等对硬件平台进行搭建,实现图像采集、算法加速、以太网传输以及HDMI显示。(5)系统的软件部分设计。通过使用Peta Linux工具,完成了ARM端的Linux系统定制以及Open CV库函数移植等工作,实现了系统软件部分的控制,并将融合边缘检测的三帧差分法在ARM端进行了实现,以此来与算法的硬件加速进行比较。通过测试表明,该系统即使在复杂的场景中仍然能够准确的检测出移动目标,在进行本地显示的同时,能够完成将存在移动目标的视频通过千兆以太网进行传输。并且,处理速度相比于在ARM处理器上通过Open CV软件实现,提高了约6倍,实现了视频移动目标检测的高实时性。此外,本系统对于外界光照变化的影响较小,系统体积也较小,可以用于视频监控领域。
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