多核图像处理系统及运动目标检测与跟踪技术研究

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随着人类对视觉体验的要求逐渐提高,以及具有高分辨率和高帧率的图像采集设备的广泛应用,图像处理系统面临的难题越来越多,包括被处理图像的采样率增加、处理算法的复杂度提高、处理的实时性要求增强,给图像处理系统也带来了更高的性能要求。片上多核处理器系统是在单片芯片中集成多个数字信号处理器(Digtal Signal Processor,DSP)内核,其的迅速发展使得图像处理系统能很好地应对高速实时图像处理的性能要求。本文研究了基于DSP+FPGA架构的多核图像处理系统,该系统同时具有多核DSP强大的运算能力和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)优异的逻辑控制能力,能出色地执行高速实时的图像处理任务。基于图像处理系统,本文还对目标检测与跟踪技术进行了研究和学习,并在所设计的系统上实现了目标实时检测与跟踪任务的核心模块。本文的主要研究内容包括多核图像处理系统的设计和实现、目标检测与跟踪算法、以及核心模块在图像处理系统上的实现和优化。具体如下:首先说明了本论文的任务来源和任务需求,根据任务需求设计了基于DSP+FPGA的架构的多核图像处理系统,而后针对多核图像处理系统,完成了其相关硬件设计如硬件系统框架的搭建、DSP和FPGA芯片的选型、数据交互方案的确定、电源设计以及相关外围电路的设计等。其次,研究了多核处理器的自启动问题,并根据实际系统需求选择通过I2C引导Nand Flash启动DSP的方案,有效实现了多核图像处理系统的离线自加载。然后,研究了相关的目标检测与跟踪技术,选择基于主成分分析法的目标检测算法和基于时空上下文的目标跟踪算法在本图像处理系统上实现任务要求的目标检测与跟踪功能,并且通过对算法的仿真实验证明,该算法是可行的并且有效的。最后,研究了多核DSP上的多核处理技术包括:存储管理、核间通信和多核应用开发架构。对C代码编程的目标检测跟踪算法进行了多核处理与移植。根据算法结构分析了模块并行化的可行性,进而实现了算法的并行处理以及相关代码的优化。经实验和分析表明,本文所实现的多核并行处理技术和相关代码的优化方案具有良好的合理性和有效性。
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