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實時跟蹤系統中目標的捕獲和跟蹤是圖像處理、計算機視覺和模式識別等領域的重要課題，在軍事、工業、醫學和交通等方面有著廣泛的應用前景。傳統的圖像處理系統是一般是針對8位的數字圖像，大多數的跟蹤器采用TI公司所推出的優秀的高速數字信號處理芯片C6x系列DSP，TI公司提供了很多針對處理256灰度級圖像的圖像處理支持庫，用戶可以方便的調用里面的API函數，并通過CCS自帶的調試工具進行簡單快捷的調試，縮短程序的開發周期。由于信息技術的不斷發展，人們越來越注重跟蹤的精度和可靠性，高分辨率高精度的相機越來越受到人們的青睞，而對于大數據量的實時處理問題也伴隨產生。 本文針對分辨率為1024×1024的12位數字相機提供了一個實時跟蹤系統平臺，該平臺的建立對后續算法的研究奠定了堅實的基礎，由于目標本身的特點本文以重心法為例進行分析。 1. TMS320C6203簡介 TMS320C6203芯片是TMS320C62x系列定點DSP中的一員。定點DSP在硬件結構上比浮點器件簡單，具有價格低和速度快的特點，因而應用的最多。C62系列DSP的主要特點是在體系結構上采用了由TI公司研發的VelociTi甚長字（VLIW）結構。每個指令字包含多個字段（指令），字段之間相互獨立，各自控制一個功能單元，因此可以單周期發送多條指令，實現很高的指令級并行效率。C6000的VLIW采用了類RISC指令集，使用大的統一的寄存器堆，結構規整，具有潛在的易編程性和良好的編譯性能，在科學應用領域可以發揮良好的作用。300MHz時鐘的C6203峰值性能可以達到2400MIPS（百萬條指令/秒）。C6203有8個獨立的功能單元，其中6個加法器，兩個16位乘法器可以得到32位的結果，可以每周期執行8條32bit指令，專用存取結構，32個32bit通用寄存器，支持40bit ALU運算，支持位操作。由于多功能單元的并行操作，使DSPs在相同的時間內能夠完成更多的操作，因而提高了程序的執行速度。除多功能單元外，流水技術是提高DSPs程序執行效率的另一個主要手段。 DSPs采用了程序總線和數據總線分離的哈佛總線結構，可以同時取指和取操作數，片內提供256位的程序總線、2套32位數據總線和1套32位的DMA專用總線。靈活的總線結構大大緩解了數據瓶頸對系統性能的限制。 C6203芯片片內提供多種功能強大的集成外設，包括3個多通道緩沖串口，兩個通用計數器，一個32bit擴展總線，32bit高性能外部存儲器接口（EMIF）提供了與SDRAM、SBSRAM和SRAM等同步、異步存儲器的直接接口。 隨著DSPs應用的日益廣泛深入和市場競爭的日趨激烈，TI公司推出了世界上第一個效率可達70％～80％的匯編語言級C編譯器，它產生的代碼的平均效率是其他DSPs編譯器的3倍，另外，C6000獨有的匯編優化器可以使開發者采用線性匯編語言得到近似標準匯編的性能，因而降低了開發難度。CCS的出現，提供了更加豐富和強有力的調試手段來提高程序調試的效率和精度，使應用程序的開發變成一件輕松而有趣的工作。 2. 電視跟蹤系統硬件結構 本文實驗所用到的高精度相機為DALSA公司生產的1M30相機，1024×1024協議，全局CCD結構，幀頻為30fps，40MHz數據吞吐率，12位數字化，高靈敏度低暗電流，異步圖像獲取，外部觸發結構，單12V"24V供電，多觸發控制。 3. 投影法及在捕獲、跟蹤系統中的應用 投影法是一種簡單而且容易實現的方法，設圖像Image上的元素為的大小為m×n，則水平方向的投影與垂直方向的投影分別為： DSP1捕獲系統設計如下： 由于DMA傳遞數據的最大限度為0xffff，可將1024×1024大小的圖像通過DMA分8次倒入DSP中，DSP1沒有接到捕獲命令的時候可以進行圖像拉伸或目標位置預測等算法，協助和檢驗DSP2的跟蹤；當DSP1接到自動捕獲命令后進入捕獲狀態，分塊累計直方圖計算閾值，將圖像二值化，然后通過投影法求取水平方向投影和垂直方向的投影，整場計算完畢累計投影值，找到水平方向投影最大值與垂直方向投影最大值的交界處，將該位置通過FIFO送給DSP2用于以后的跟蹤。 DSP2跟蹤系統設計如下： 當DSP2接到跟蹤命令后進入跟蹤狀態，跟蹤命令或由DSP1給出，或由鼠標通過串口通信強制跟蹤，本文以初值256×256畫跟蹤窗，通過DMA傳遞數據將窗口內的圖像轉到片內寄存器進行處理。由于目標與鄰近的背景之間一般有著很高的對比度，可以在跟蹤窗內對物體進行識別。累計跟蹤窗內的直方圖，計算窗口內閾值將圖像二值化計算目標重心位置，并通過投影法找到目標各個方向的邊界，估算目標大小調整跟蹤窗的尺寸。若跟蹤窗內沒有發現目標則向DSP1發出捕獲命令。 4．試驗結果與展望 經試驗，基于雙DSP平臺的實時電視跟蹤系統實時和準確性滿足要求，能夠及時送出脫靶量，延遲小，工作穩定，并且跟蹤窗能夠自動調節，有很好的跟蹤效果。此平臺滿足自然背景下的目標識別和跟蹤要求，但由于只使用了定點DSP必然有其算法的局限性，可再加入一片浮點DSP TMS320C6701設計多DSP平臺，即可滿足算法多方面的要求，如即將準備移植的運動目標姿態測量算法，可以在實時跟蹤的基礎上，實時給出目標旋轉的角度和縮放大小。 本文的創新點是：建立雙DSP平臺處理高精度高分辨率圖像，兩個DSP協調工作，由于圖像較大，不能整場存入片內進行處理，因而利用分段累計投影法達到實時捕獲和跟蹤的目的。 |
