分布式多視角目標跟蹤算法在OMAP3平臺上的實(shí)現與優(yōu)化

　　摘要：本設計在最新的TI OMAP3平臺上實(shí)現分布式多視角目標跟蹤算法。系統由多個(gè)攝像頭及相應的處理部分組成，各個(gè)攝像頭分別獨立地采集圖像數據并進(jìn)行跟蹤。本設計構造了分布式目標跟蹤軟件框架和網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議，在各攝像頭的跟蹤算法中采用了最大似然估計、序列蒙特卡洛方法以及基于卡爾曼外觀(guān)濾波的模版更新匹配等最新算法，同時(shí)對各攝像頭算法進(jìn)行優(yōu)化以保證實(shí)時(shí)性。

　　關(guān)鍵詞：分布式多視角跟蹤算法;OMAP3530;SoC1.

　　引言

　　本系統主要針對多個(gè)視角視頻數據中目標的跟蹤。多視角目標跟蹤，可以利用空間上多個(gè)攝像頭之間目標信息的交互，來(lái)有效提高跟蹤精度，解決單攝像頭系統難以解決的問(wèn)題。本系統采用的算法[1-5]為復旦大學(xué)電子工程系數字信號處理與傳輸實(shí)驗室多年積累的最新研究結果，其中很多成果已發(fā)表于國內外權威雜志。

　　2.系統架構

　　2.1　系統簡(jiǎn)介

　　本設計在TI最新的OMAP35x EVM平臺上實(shí)現了實(shí)時(shí)魯棒的多視角目標跟蹤系統。OMAP3530處理器包含一個(gè)720MHz主頻的ARM Cortex-A8處理器核和一個(gè)520 MHz的C64x+DSP核，為視頻跟蹤算法提供了強大的運算能力。OMAP開(kāi)發(fā)板上含有多種視頻輸入和輸出接口，能滿(mǎn)足各種視屏輸入和輸出的需求;還含有10M/100M以太網(wǎng)口，能滿(mǎn)足分布式系統的視頻數據傳輸需求。

　　硬件系統的實(shí)現框架如圖1所示。圖中顯示了系統各部分的連接關(guān)系。三塊OMAP3530開(kāi)發(fā)板是系統算法實(shí)現的核心，它們分別從三路攝像頭接收數據，然后處理數據，再顯示在顯示器上。三塊開(kāi)發(fā)板通過(guò)100M以太網(wǎng)構成分布式系統，從而可以交換三個(gè)攝像頭之間的數據，使得跟蹤過(guò)程具有更高的精確度和魯棒性。系統具有如下的特點(diǎn)：

　?、毕到y目前具有三個(gè)攝像頭，可以很方便地擴展為更多攝像頭;

　?、卜植际教幚硐到y：系統中每個(gè)攝像頭可對目標進(jìn)行獨立跟蹤;在任何攝像頭關(guān)閉或發(fā)生意外后，其他攝像頭繼續跟蹤;該攝像頭的程序重啟后，能恢復跟蹤;

　?、晨蓪δ繕诵畔⑦M(jìn)行高效融合：采用高效序列蒙特卡洛的數據融合方式來(lái)提高跟蹤精度;

　?、茨苡行У挚拐趽酰憾鄠€(gè)攝像頭中，可以利用信息交互，有效糾正攝像頭的遮擋。

　　2.2　軟件分工及流程

　　本設計中，OMAP3530的ARM核運行基于Linux操作系統的應用程序，主要負責視頻采集、視頻預處理、視頻輸出和網(wǎng)絡(luò )數據交換等功能，并將預處理后的視頻數據通過(guò)共享內存傳送給DSP進(jìn)行處理。DSP核上運行DSP/BIOS實(shí)時(shí)操作系統和整個(gè)跟蹤算法的大部分內容。所有算法的接口都符合TI xDAIS標準，由Codec Engine調用。ARM核和DSP核的通信由TI提供的Codec Engine軟件框架負責。DSP上的跟蹤算法主流程如圖2所示，分為三個(gè)主要階段：數據融合，精確模板匹配和模板更新。為了提高系統并行性，DSP在處理第n幀視頻的時(shí)候，ARM正好顯示第n-1幀視頻并采集n+1幀視頻。

　　3.算法解析