一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统的制作方法

本发明涉及一种目标识别和跟踪系统，具体涉及一种便携式、小型化目标识别与跟踪系统，属于计算机视觉。

背景技术：

1、计算机视觉尤其是图像目标识别与跟踪技术，被广泛应用于教育、会议、医疗以及安防监控等各个民用行业，在导弹制导等军事领域也应用广泛。其中，应用于教育以及会议方面，更是引领了国内外全自动跟踪拍摄的技术潮流，为精品课程、视频会议等打下了坚实的技术基础。而目标识别作为计算机视觉研究的重要内容，是整个视觉任务完成的关键环节，其检测效果对后续的视觉处理工作开展效果影响非常大。

2、传统上图像目标识别与跟踪系统由图像采集子系统和机电控制子系统组成，且两个子系统分别又有各自的主控分系统和电路分系统，各个主控、电路分系统之间通过建立通讯，用以完成各个分系统之间的数据交互，造成图像跟踪系统的结构复杂、价钱昂贵、体积过大和故障率高等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有的图像目标识别与跟踪系统的结构复杂、体积过大、成本高并且易发生故障的问题，提出了一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统。

2、本发明的技术方案是：一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统包括：可见光cmos数据图像采集模块、cmos配置模块、图像数据接收解调模块、图像预处理模块、图像dma存取模块、dd3模块、ddr3数据存取模块、目标识别模块、目标坐标提取模块、共享ram模块、中断控制模块、cpu0端ps参数接发模块、bram0模块、共享ram读取模块、参数保存读取模块、spi_flash模块、位置读取模块、参数接收模块、陀螺模块、上位机配置参数模块、cpu1端ps参数接发模块、bram1模块、加入目标坐标图像处理模块、pl参数接发模块、千兆网打包发送模块、电机驱动模块、直流电机模块、上位机跟踪图像显示模块；

3、进一步地，cmos配置模块对cmos进行寄存器配置；

4、进一步地，图像数据接收解调模块按照cmos数字图像时序输出要求对输入的数字图像进行解调；由可见光cmos数据图像采集模块接收正确的图像数据，并且图像数据接收解调模块将数据传给图像预处理模块进行图像预处理算法处理；

5、进一步地，图像预处理模块对图像进行滤波和图像增强后将数据传输给图像dma存取模块；

6、进一步地，图像dma存取模块通过axi4总线，将图像数据保存到dd3模块；

7、进一步地，ddr3数据存取模块读取出图像dma存取模块保存到dd3模块内的数据并按传送给目标识别模块；

8、进一步地，目标识别模块将提取到的目标坐标信息传送到ddr3数据存取模块和目标坐标提取模块；

9、进一步地，ddr3数据存取模块将目标坐标通过cpu0端ps参数接发模块写入bram0模块，同时写入共享ram模块；

10、进一步地，共享ram读取模块根据中断控制模块的中断信号读取共享ram模块的数据；

11、进一步地，加入目标坐标图像处理模块读取bram0模块内的参数，并将此坐标参数加入通过图像dma存取模块读取到的图像数据上，并将结合有目标坐标的图像数据传送给千兆网打包发送模块；

12、进一步地，千兆网打包发送模块将图像数据进行千兆网打包，并将数据通过千兆网发送出到上位机跟踪图像显示模块；

13、进一步地，上位机跟踪图像显示模块解码千兆网数据，并显示目标识别图像；

14、进一步地，陀螺模块采集当前电机所处位置信息，并传递给位置读取模块；

15、进一步地，上位机配置参数模块将电机配置参数传递给参数接收模块；

16、进一步地，共享ram模块、位置读取模块和参数接收模块分别将目标坐标信息、位置信息和电机参数信息通过cpu1端ps参数接发模块写入到bram1模块；

17、进一步地，pl参数接发模块读取bram1模块内的参数，并将参数传递给电机驱动模块；

18、进一步地，电机驱动模块根据pl参数接发模块传递的参数对直流电机模块进行驱动，调整设备位置，完成目标的跟踪；

19、进一步地，参数保存读取模块将必要信息写入spi_flash模块，并根据上位机指令将必要信息读出并通过上位机显示。

20、本发明与现有技术相比具有以下效果：一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统将复杂系统简单化，模块整合化，优化了目标识别和跟踪系统的设计，将各个功能模块进行整合，选用fpga作为系统主控芯片，使用zynq作为双cpu系统，同时结合fpga的高速实时性能，将复杂的控制及电路整合到fpga内部，降低了系统尺寸和成本，缩减了激光照射信息提取系统的体积，成本得到大幅度降低，便于维护，在完成图像采集与预处理功能、目标识别功能、目标跟踪功能的同时，提高了系统的可靠性和便携性，并可以实现在各种环境下的使用。

技术特征：

1.一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：它包括可见光cmos数据图像采集模块、cmos配置模块、图像数据接收解调模块、图像预处理模块、图像dma存取模块、dd3模块、ddr3数据存取模块、目标识别模块、目标坐标提取模块、共享ram模块、中断控制模块、cpu0端ps参数接发模块、bram0模块、共享ram读取模块、参数保存读取模块、spi_flash模块、位置读取模块、参数接收模块、陀螺模块、上位机配置参数模块、cpu1端ps参数接发模块、bram1模块、加入目标坐标图像处理模块、pl参数接发模块、千兆网打包发送模块、电机驱动模块、直流电机模块、上位机跟踪图像显示模块。

2.根据权利要求1所述的一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：外界可见光cmos数字数据通过电路连接直接作用于可见光cmos数据图像采集模块，通过可见光cmos数据图像采集模块将cmos数字信号采集并输入到fpga的pl端；cmos配置模块根据cmos的寄存器配置要求配置cmos，使可见光cmos数据图像采集模块得到正确的cmos图像数据；图像数据接收解调模块按照cmos数字图像时序输出要求对可见光cmos数据图像采集模块输入的数字图像进行解调，解调出帧同步、行同步和图像数据；图像预处理模块将图像数据接收解调模块输入的图像数据使用图像预处理算法进行处理，完成图像滤波、图像增强，得到清晰锐化的图像。

3.根据权利要求1所述的一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：图像dma存取模块将图像预处理模块处理后的图像数据按照整帧为单位存储到dd3模块、按照时序要求读取dd3模块数据传输到加入目标坐标图像处理模块；dd3模块根据图像dma存取模块、ddr3数据存取模块的控制时序存取图像数据；ddr3数据存取模块根据目标识别模块的时序要求存取dd3模块图像数据；目标识别模块将ddr3数据存取模块与目标坐标提取模块输入的数据进行算法处理，完成目标识别。

4.根据权利要求1所述的一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：目标坐标提取模块读取共享ram模块内目标的特征参数并将特征提取后输出到目标识别模块；共享ram模块完成目标坐标提取模块与共享ram读取模块参数交互，实现双cpu内数据互传。

5.根据权利要求1所述的一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：中断控制模块根据共享ram模块内数据存储情况进行双cpu之间的中断触发，完成数据读取通知作用，完成双cpu通过共享ram模块的数据传递功能。

6.根据权利要求1所述的一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，其特征在于：目标识别模块将目标识别坐标输出到cpu0端ps参数接发模块，cpu0端ps参数接发模块根据时序要求将数据输入到bram0模块；bram0模块通过cpu0端ps参数接发模块将目标识别模块计算的数据写入pl端；共享ram读取模块根据中断控制模块的中断指令完成对共享ram模块的读写功能；参数保存读取模块根据参数接收模块的指令将配置参数写入spi_flash模块或由spi_flash模块读出已经保存的参数；spi_flash模块根据参数保存读取模块的指令进行参数数据存取；位置读取模块根据陀螺模块输入的数据解调出当前位置信息；参数接收模块接收上位机配置参数模块发送的配置参数；陀螺模块测量当前位置信息，并将信息发送到位置读取模块；上位机配置参数模块发送必要的配置参数到参数接收模块；cpu1端ps参数接发模块将位置读取模块、参数接收模块接收到的数据与参数写入bram1模块；bram1模块存储cpu1端ps参数接发模块写入的数据；通过axi4总线，加入目标坐标图像处理模块读取dd3模块内加入目标坐标的图像数据；pl参数接发模块读取bram1模块内的数据供fpga的pl端使用；千兆网打包发送模块将加入目标坐标图像处理模块输入的数据按照千兆网协议进行数据打包及发送到上位机跟踪图像显示模块；电机驱动模块根据pl参数接发模块输入的数据进行pid调节算法及电机pwm驱动；直流电机模块根据电机驱动模块输入的驱动进行工作，调整设备的位置；上位机跟踪图像显示模块根据千兆网打包发送模块输入的千兆网数据包进行图像解析及图像显示。

技术总结
一种便携式、小型化图像目标识别与跟踪系统，它涉及一种目标识别和跟踪系统。本发明将复杂系统简单化，模块整合化，优化了目标识别和跟踪系统的设计，将各个功能模块进行整合，选用FPGA作为系统主控芯片，并使用ZYNQ作为双CPU系统，同时结合FPGA的高速实时性能，将复杂的控制及电路整合到FPGA内部。本发明包括可见光CMOS数据图像采集模块将CMOS数字信号采集并输入到FPGA的PL端；图像预处理模块图像数据使用图像预处理算法进行处理，完成图像滤波、图像增强，得到清晰锐化的图像；共享ram模块实现双CPU内数据互传；等等。本发明用于完成图像采集与预处理、目标识别和跟踪功能的同时，提高了系统的可靠性和便携性，并可以实现在各种环境下的使用。

技术研发人员：王伟亮,叶国华,徐兴奎
受保护的技术使用者：哈尔滨新光光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16