[发明专利]基于DSP的目标跟踪系统及其方法

权利要求书

1.一种基于DSP的目标跟踪系统，其特征在于，包括:

视频采集电路，用于目标视频的采集；

视频解码电路，用于视频信号的模/数转换；

视频显示电路，用于将视频信号传输至上位机进行视频显示；

数据缓存电路，用于待处理视频信号的缓存；

视频处理电路，由FPGA和DSP处理器组成，用于对缓存中的视频信号进行实时读取与计算，输出目标实时位置，实现目标跟踪功能；

通信电路，用于各模块之间的数据通信与传输；

电源电路，用于对系统内各模块及辅助电路供电。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述数据缓存电路由FPGA和SDRAM芯片组成，所述SDRAM芯片用于图像数据的缓存，所述FPGA用于数据存取的控制。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述视频显示电路由ADV7123芯片及其外围电路组成，用于将RGB10位数字分量信号转换为RGB模拟分量信号输出，其中行同步信号和场同步信号组成的混合同步信号由内部连接至IOG视频信号出口，并使用AD8041做信号调理和负载驱动。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述DSP处理器用于处理目标跟踪核心算法和跟踪结果输出。

5.根据权利要求4所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，实现所述DSP处理器中的目标跟踪核心算法具体步骤如下：

步骤一：首先调用tracker_init函数对跟踪器进行初始化，输入第一帧的图片内容并框选出跟踪目标；

步骤二：调用get_features函数对目标区域进行特征提取得到模板tmpl；

步骤三：根据得到的模板特征图调用create_gaussian_peak函数生成高斯矩阵prob；

步骤四：调用train函数将训练模型映射至傅里叶域，根据模板tmpl和高斯矩阵prob训练得到目标检测器参数α；

步骤五：根据前一帧图片训练得到的检测器模型调用detect函数检测目标在当前帧中的位置，并框选出跟踪目标；

步骤六：重新调用get_features函数对当前帧中检测到的目标进行特征提取，从而得到新的目标模板tmpl；调用train函数在傅里叶域内计算新的目标检测器参数，进而更新α；

步骤七：对后续每一帧图片重复步骤二到步骤六。

6.根据权利要求5所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述DSP处理器中的目标跟踪核心算法用一种KCF算法在硬件平台上的移植实现以及改进。

7.根据权利要求6所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述KCF算法使用目标周围区域的循环矩阵采集正负样本，以扩展训练集，并使用岭回归训练目标检测器。

8.根据权利要求6所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述KCF算法利用循环矩阵在傅里叶域可对角化的性质，将整个计算过程映射到傅里叶域进行计算，将原本时域中复杂的矩阵求逆运算转化为傅里叶域中向量的Hadamad积运算。

9.根据权利要求6所述的基于DSP的目标跟踪系统，其特征是，所述KCF算法中，重构原有的OpenCV函数，对图像插值、矩阵变换、HOG特征提取、矩阵运算、二维傅里叶变换算法模块保留功能的基础适当裁剪与优化，使其能够适配DSP的硬件底层；采用静态内存分配的策略，消除DSP在算法不断申请和释放内存过程中的隐患；将算法中的高运算量函数通过C64XDSP库函数进行实现，使得计算过程与底层硬件严格适配；采用浮点运算转定点运算的策略，提高算法的效率。

10.一种基于DSP的目标跟踪方法，其特征在于，包括：

步骤一：系统上电后进入自检，自检完成后进入工作状态；

步骤二：视频采集电路启动拍摄，并将图片帧流传入视频解码电路进行模/数转换，随后将转换结果输出至FPGA；

步骤三：视频显示电路将数字视频信号发送至上位机控制台进行显示，并等待操作人员框选目标区域；

步骤四：目标区域框选完成后，系统进入目标跟踪状态，并将含有该目标区域的图片作为跟踪视频的第一帧图片，送入缓存芯片；

步骤五：DSP从缓存区域读入帧数据，并调用目标跟踪算法更新检测器参数，输出计算得到的目标区域，同时输出控制量使视频采集电路中的摄像头跟随目标区域进行移动跟踪；

步骤六：对后续帧数据重复上述步骤四到步骤五，若更换跟踪目标，则重复步骤一到步骤五。