[发明专利]一种基于FPGA的低空目标跟踪系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的低空目标跟踪系统，包括：图像采集模块、预处理模块、目标分割模块、目标定位模块、通信模块和云台控制模块；

图像采集模块，用于对视频解码芯片进行初始化配置，配置成功后，视频解码芯片输出像素同步时钟和视频数据；图像采集模块对视频解码芯片总线上的数据格式解码提取视频场、行及有效像素数据，并从中取出像素灰度值；

图像采集模块将像素灰度值和灰度时钟输出给预处理模块，在预处理模块内将数据存入两级FIFO缓存，将要处理的像素及其邻域值寄存，组成滤波窗口，每个灰度时钟更新一次FIFO及寄存器内数据，由此得到新的滤波窗口，滤波窗口内数据经排序和选择运算得到滤波中值；

目标分割模块，用于进行子窗口区域平均灰度值计算、动态双阈值计算以及二值化分割；

目标定位模块，用于进行形心计算和预测；

通信模块，用于将目标形心坐标发送，发送形心坐标的时间是在前一帧图像处理完毕和后一帧采集开始之前的间隙之间执行，不影响视频图像采集和处理的时间；

云台控制模块，用于根据目标的形心位置，控制云台转动，将目标控制在摄像机的视野中心。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，预处理模块的滤波过程具体包括：

选取一个3×3的窗口，然后对窗口内数据排序取中值；

步骤1：将3×3窗口中每一列3个数据分别按升序排列，每一列3个数值的最小值放新的3×3窗口的第一行，每一列的中值放在第二行，每一列的最大值放在第三行，得到一个新的3×3窗口；

步骤2：求经步骤1计算后的3×3窗口第一行数据中最大值，第二行数据的中值，第三行数据的最小值；

步骤3：求步骤2计算输出的三个值的中值，即为3×3窗口的中值。

3.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，目标分割模块，对目标分割之前，先在图像中选取一个跟踪子窗口，只处理跟踪子窗口内的图像，认为子窗口外区域为背景区域，以排除地面物体干扰，平均灰度计算是使用一个32位宽的寄存器存储灰度值累加和，24位宽的寄存器存储像素个数，一帧图像采集完后，通过一次除法运算即得到子窗口区域平均灰度值，得到平均灰度值以后，由平均灰度值加调整因子得到阈值上限，平均灰度值减去调整因子得到阈值下限，阈值上限和阈值下限作为下一帧的分割阈值；二值化分割，是将介于阈值下限和阈值上限之间的区域被划分为背景区域，将背景区域像素值用0表示；大于阈值上限和小于阈值下限的区域被划分为目标区域，将目标区域像素值用255表示，通过背景区域和目标区域划分即得到二值化图像，二值化分割后将得到二值化图像输出。

4.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，系统功能集成在一片FPGA内实现，各模块间并行工作，FPGA外接100MHz晶振，通过内部锁相环PLL倍频至200MHz作为处理模块主时钟。

5.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，图像采集模块通过模拟I2C总线对视频解码芯片。

6.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，视频解码芯片输出27MHz像素同步时钟和ITU656YUV4:2:2格式视频数据。

7.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，图像采集模块通过摩尔状态机实现对视频解码芯片总线上的数据格式解码提取视频场、行及有效像素数据，并从中取出像素灰度值，灰度时钟为13.5MHz，灰度图像分辨率大小为720×576。

8.如权利要求1所述的基于FPGA的低空目标跟踪系统，其特征在于，预处理模块采用两个行缓存FIFO设计生成3×3像素的滤波窗口，FIFO的深度设置为与每行图像的像素点个数相同的720，每个像素的灰度值的范围为0～255，图像采集模块将像素灰度值和13.5MHz灰度时钟输出给预处理模块，在预处理模块内将数据存入两级FIFO缓存，将要处理的像素及其邻域8个值寄存，组成一个3×3像素的滤波窗口，每个灰度时钟更新一次FIFO及寄存器内数据，由此得到新的3×3滤波窗口内的9个数据，滤波窗口内9个数据经排序和选择运算得到滤波中值，完成一次中值操作时间为20ns，小于一个像素采集周期的74ns，像素采集和滤波操作同步完成。