一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，它包括攝像頭、云臺電機、顯示器、云臺驅(qū)動模塊、SDRAM存儲器以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA與攝像頭、顯示器、云臺驅(qū)動模塊和SDRAM存儲器導(dǎo)線連接，云臺驅(qū)動模塊與云臺導(dǎo)線連接；本實用新型成本低、靈活性高、開發(fā)周期短，彌補傳統(tǒng)視頻跟蹤系統(tǒng)價格昂貴、體積龐大等缺點。將機器視覺技術(shù)運用到視頻跟蹤系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)視頻跟蹤系統(tǒng)人為因素引起的實時性差、效率低，使其變得更加智能、方便；解決了解決現(xiàn)有技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)在處理速度、效率、成本、開發(fā)難度、能耗、體積等方面難以達到有效平衡等問題。
【專利說明】一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于視覺監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、安防監(jiān)控、消費電子、智能交通等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。視頻跟蹤是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它用來實現(xiàn)人工智能機器視覺，在實現(xiàn)視覺機械手、流水線工件分揀、缺陷產(chǎn)品檢測、車輛跟蹤、智能安防等領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用前景；目前視頻跟蹤系統(tǒng)主要實現(xiàn)平臺有:PC機平臺、ARM+DSP平臺、ASIC專用集成芯片平臺，它可以使用純軟件或硬件實現(xiàn)。為了開發(fā)簡單和節(jié)約成本，一般用軟件來實現(xiàn)絕大部分功能。但是，這些平臺有各自的優(yōu)缺點，另外視頻跟蹤系統(tǒng)因其數(shù)據(jù)量大及算法復(fù)雜、穩(wěn)定性要求高等因素而成為一個難題，現(xiàn)有視頻跟蹤系統(tǒng)在處理速度、效率、成本、開發(fā)難度、能耗、體積等方面難以達到有效平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題:提供一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)在處理速度、效率、成本、開發(fā)難度、能耗、體積等方面難以達到有效平衡等問題。
[0004]本實用新型技術(shù)方案:
[0005]一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，它包括攝像頭、云臺電機、顯示器、云臺驅(qū)動模塊、SDRAM存儲器以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA與攝像頭、顯示器、云臺驅(qū)動模塊和SDRAM存儲器導(dǎo)線連接，云臺驅(qū)動模塊與云臺電機導(dǎo)線連接。
[0006]現(xiàn)場可編程門陣列FPGA包括圖像采集模塊、多端口 SDRAM控制器、圖像VGA顯示模塊、視頻圖像處理模塊，多端口 SDRAM控制器與圖像采集模塊、圖像VGA顯示模塊和視頻圖像處理模塊通過數(shù)字邏輯電路連接，多端口 SDRAM控制器與SDRAM存儲器導(dǎo)線連接。
[0007]所述攝像頭為CMOS圖像傳感器。
[0008]所述圖像采集模塊為CMOS傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。
[0009]所述多端口 SDRAM控制器為四端口。
[0010]所述圖像VGA顯示模塊為驅(qū)動顯示器顯示實時視頻圖像畫面。
[0011]所述視頻圖像處理模塊為處理攝像頭采集的實時圖像，檢測跟蹤目標，輸出云臺電機控制信號。
[0012]所述云臺驅(qū)動模塊包括光電耦合隔離電路，光電耦合隔離電路與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。
[0013]所述云臺電機為負責水平和垂直方向轉(zhuǎn)動的兩個步進電機，上面加載有攝像頭。
[0014]本實用新型有益效果:
[0015]本實用新型通過CMOS傳感器錄取目標圖像，將圖像送至CMOS傳感器數(shù)據(jù)采集模塊進行格式轉(zhuǎn)換后存儲在SDRAM存儲器內(nèi)，視頻圖像處理模塊和圖像VGA顯示模塊通過多端口 SDRAM控制器讀取SDRAM存儲器內(nèi)的圖像信息，進行顯示和圖像處理，F(xiàn)PGA根據(jù)圖像處理結(jié)果驅(qū)動云臺模塊，實現(xiàn)對攝像頭的實時控制，對目標進行實時跟蹤，與現(xiàn)有視頻跟蹤系統(tǒng)相比，本實用新型成本低、靈活性高、開發(fā)周期短，彌補傳統(tǒng)視頻跟蹤系統(tǒng)價格昂貴、體積龐大等缺點。將機器視覺技術(shù)運用到視頻跟蹤系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)視頻跟蹤系統(tǒng)人為因素引起的實時性差、效率低，使其變得更加智能、方便；解決了解決現(xiàn)有技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)在處理速度、效率、成本、開發(fā)難度、能耗、體積等方面難以達到有效平衡等問題。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0017]圖1為本實用新型系統(tǒng)組成框圖；
[0018]圖2為本實用新型的云臺電機控制原理框圖。
[0019]圖3為本實用新型的云臺驅(qū)動模塊主要芯片連接示意圖。
[0020]【具體實施方式】:
[0021]一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，它包括攝像頭、云臺電機、顯示器、云臺驅(qū)動模塊、SDRAM存儲器以及現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，現(xiàn)場可編程門陣列FPGA與攝像頭、顯示器、云臺驅(qū)動模塊和SDRAM存儲器導(dǎo)線連接，云臺驅(qū)動模塊與云臺電機導(dǎo)線連接。
[0022]現(xiàn)場可編程門陣列FPGA包括圖像采集模塊、多端口 SDRAM控制器、圖像VGA顯示模塊、視頻圖像處理模塊，多端口 SDRAM控制器與圖像采集模塊、圖像VGA顯示模塊和視頻圖像處理模塊通過數(shù)字邏輯電路連接，多端口 SDRAM控制器與SDRAM存儲器導(dǎo)線連接。
[0023]攝像頭為CMOS圖像傳感器，攝像頭采用Terasic公司提供的TRDB-D5M攝像頭。TRDB-D5M攝像頭具有500W像素，可通過通用輸入輸出口 GP1與FPGA主板相連接。此外，TRDM-D5M支持手動調(diào)焦，可以避免在不同距離下圖像質(zhì)量出現(xiàn)較大的差別。
[0024]圖像采集模塊為驅(qū)動CMOS圖像傳感器進行實時視頻數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間格式，通過多端口 SDRAM控制器送至SDRAM存儲器。
[0025]所述多端口 SDRAM控制器為四端口。
[0026]多端口 SDRAM控制器是利用FPGA的片上資源開辟的多個FIFO (First in Firstout)作為視頻圖像數(shù)據(jù)讀寫緩存來實現(xiàn)，它能夠從多個緩存向SDRAM存儲器芯片進行圖像數(shù)據(jù)的存取。本實用新型使用兩片SDRAM存儲器芯片和兩個4_Port SDRAM控制器來完成視頻圖像顯示和視頻圖像處理，具體而言，將CMOS圖像傳感器采集到的實時視頻圖像數(shù)據(jù)分成兩部分，一部分通過4_Port SDRAM控制器ul的寫FIF01寫入10位紅色通道R數(shù)據(jù)和高5位的綠色通道G數(shù)據(jù)到SDRAM I存儲器芯片中，另一部分通過4_Port SDRAM控制器u2的寫FIF01寫入低5位綠色通道G數(shù)據(jù)和10位藍色通道B數(shù)據(jù)到SDRAM 2存儲器芯片中，圖像VGA顯示模塊通過讀4_Port SDRAM控制器ul的讀FIF01和4_Port SDRAM控制器u2的讀FIF01來進行圖像的顯示；視頻圖像處理模塊通過讀4_Port SDRAM控制器ul的讀FIF02和4_Port SDRAM控制器u2的讀FIF02來完成實時視頻圖像處理。
[0027]圖像VGA顯示模塊主要是為了產(chǎn)生顯示器的控制信號，將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的視頻圖像數(shù)據(jù)按照顯示時序的要求輸出到顯示器上。本實用新型中VGA顯示利用支持VGA輸出的16針腳D-SUB連接器，Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片直接提供VGA同步信號，同時模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADV7123中的三個10位高速視頻轉(zhuǎn)換器被用作模擬數(shù)據(jù)信號(R，G和B)發(fā)生器，這些電路組合最高能支持像素為1600X1200的分辨率顯示。
[0028]云臺驅(qū)動模塊包括光電耦合隔離電路，光電耦合隔離電路與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。本實用新型的云臺控制模塊選取了 6N137和P521光電耦合芯片、THB7128信號驅(qū)動芯片，結(jié)合相關(guān)外圍基本電路，構(gòu)成了云臺電機控制信號的驅(qū)動電路模塊。云臺電機采用兩個步進電機，分別負責水平和垂直方向轉(zhuǎn)動。
[0029]系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA內(nèi)部集成的I2C傳感器配置模塊初始化CMOS圖像傳感器，然后數(shù)據(jù)采集模塊捕獲來自CMOS圖像傳感器的圖像幀數(shù)據(jù)，并將Bayer Pattern格式的圖像幀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間格式；最后，多端口 SDRAM控制器將轉(zhuǎn)換后的圖像幀數(shù)據(jù)保存到SDRAM存儲器中；同時多端口 SDRAM控制器的一個輸出端口將緩存的圖像幀數(shù)據(jù)送給圖像VGA顯示模塊，由與圖像VGA顯示模塊連接的顯示器進行圖像顯示，另一個輸出端口送給視頻圖像處理模塊進行圖像預(yù)處理以及運動目標的檢測、跟蹤、定位功能，F(xiàn)PGA通過視頻圖像處理后的結(jié)果對控制信號進行調(diào)節(jié)，通過PWM生成電路產(chǎn)生PWM脈沖調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過云臺驅(qū)動模塊對PWM信號放大，驅(qū)動云臺的兩個步進電機對攝像頭進行實時控制，以實現(xiàn)實時跟蹤目標，對目標進行監(jiān)控的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，它包括攝像頭、云臺電機、顯示器、云臺驅(qū)動模塊、SDRAM存儲器和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，其特征在于:現(xiàn)場可編程門陣列FPGA與攝像頭、顯示器、云臺驅(qū)動模塊和SDRAM存儲器導(dǎo)線連接，云臺驅(qū)動模塊與云臺電機導(dǎo)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:現(xiàn)場可編程門陣列FPGA包括圖像采集模塊、多端口 SDRAM控制器、圖像VGA顯示模塊、視頻圖像處理模塊，多端口 SDRAM控制器與圖像采集模塊、圖像VGA顯示模塊和視頻圖像處理模塊通過數(shù)字邏輯電路連接，多端口 SDRAM控制器與SDRAM存儲器導(dǎo)線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:攝像頭為CMOS圖像傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:云臺電機為兩臺負責水平和垂直方向轉(zhuǎn)動的步進電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:圖像采集模塊為CMOS傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述多端口 SDRAM控制器為四端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機器視覺技術(shù)的視頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:云臺驅(qū)動模塊包括光電耦合隔離電路，光電耦合隔離電路與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。
【文檔編號】G06T7/20GK204069175SQ201420115652
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】劉紫燕, 馮亮, 祁佳, 羅超 申請人:貴州大學