快速反應智能安全監控系統的設計與實(shí)現
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(3)FPGA負責實(shí)現系統的邏輯、輸出控制以及內部緩存的時(shí)序控制。為實(shí)現圖像的實(shí)時(shí)采集和處理，需要視頻采集和圖像處理并行工作。采集到的圖像數據送到DSP前的緩存接口設計是關(guān)鍵，設計的優(yōu)劣直接影響到系統的反應速度。要提高數據緩存讀取速度，可利用FPGA內部資源構建高速雙口RAM作為內部緩存，使數據幀處理交替進(jìn)行，從而實(shí)現數據采集與處理同時(shí)進(jìn)行，其內部結構如圖2的虛線(xiàn)框內所示。采集到的數字視頻信號先經(jīng)過(guò)濾波處理，之后送入邏輯單元A，A負責產(chǎn)生時(shí)鐘及數據邏輯控制。輸入的視頻數據信號在A(yíng)的控制下，進(jìn)入到緩沖器寄存器B和C，在控制單元D的控制下，送到雙口RAM。為了實(shí)現實(shí)時(shí)圖像采集和處理，使得FPGA對圖像數據的緩沖和DSP對圖像數據的讀取同步進(jìn)行，將RAM分成相等的2塊，即RAM1和RAM2。在系統工作的過(guò)程中，一塊用于緩沖圖像數據，FPGA分類(lèi)緩沖后的圖像信號寫(xiě)入該存儲區；另一塊則由DSP用于對圖像數據的讀取，DSP可以直接對這個(gè)存儲區的數據進(jìn)行運算。該緩存結構的另一特點(diǎn)是FPGA和DSP對雙口RAM的尋址是來(lái)回切換的。因為DSP讀取RAM的速度大于FPGA寫(xiě)RAM的速度，所以切換信號僅由FPGA發(fā)出。當FPGA分類(lèi)緩沖數據寫(xiě)滿(mǎn)RAM1時(shí)，FPGA向DSP發(fā)出一個(gè)中斷信號，此時(shí)DSP讀取RAM1中的數據，同時(shí)FPGA的緩沖數據寫(xiě)入RAM2。當RAM2中數據寫(xiě)滿(mǎn)時(shí)，FPGA再向DSP發(fā)出中斷信號，DSP讀取RAM2中的數據，同時(shí)FPGA的緩沖數據RAM1。如此交替實(shí)現圖像數據讀寫(xiě)同時(shí)進(jìn)行，從而提高了數據處理的速度。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/163068.htm
FPGA的選擇較為關(guān)鍵，內部RAM的資源決定系統的反應速度。在原有一代系統中選用的FPGA資源較少，不足以存儲一幀圖像，因此數據的讀寫(xiě)只能分塊進(jìn)行，需要控制邏輯較為復雜，同時(shí)也降低了整個(gè)系統的速度。對于一幀720×576的圖像，共有414 720像素，每個(gè)像素8 bit，即共有414 KB的數據。因此可選用Altera公司的CycloneIII系列產(chǎn)品EP3C120。Cyclone III系列的FPGA采用65 nm技術(shù)，具有低功耗、低成本和高性能特點(diǎn)， EP3C120內部擁有120K個(gè)邏輯單元(LE)，4 Mbit嵌入式存儲器，288個(gè)嵌入式18×18乘法器，可以滿(mǎn)足一幀圖像的存儲，在處理數據時(shí)可按照奇偶幀分別進(jìn)行讀寫(xiě)。
2.2 系統工作過(guò)程
系統上電或復位后，首先完成FPGA芯片的配置、對TVP5150進(jìn)行的初始化以及DSP啟動(dòng)引導及其外圍芯片的初始化工作，之后便開(kāi)始進(jìn)行圖像采集。利用FPGA模擬I2C口對系統中的其他芯片進(jìn)行控制，從攝像頭采集到的摸擬視頻信號經(jīng)過(guò)視頻解碼器轉換為數字視頻信號，經(jīng)預處理后送入DM642的視頻通道(VP端口)。在檢測到有人進(jìn)入監視區域時(shí)，啟動(dòng)錄像功能，DM642將接收到的數字視頻信號和數字音頻信號用MPEG4標準編碼壓縮，并通過(guò)以太網(wǎng)傳送到監控中心。同時(shí)捕捉人臉圖像并進(jìn)行身份識別，如有異常則啟動(dòng)報警程序。
3 系統軟件組成
對于本系統來(lái)說(shuō)，系統軟件主要包括3部分：運動(dòng)目標檢測、人臉的檢測定位、人臉匹配。其中人臉的檢測定位尤為關(guān)鍵，是正確識別的前提。因為圖像的拍攝受到各種因素的干擾，如亮度、人物移動(dòng)速度、表情、著(zhù)裝等，這些因素如果在檢測時(shí)不能得到有效處理，勢必會(huì )影響后期的匹配，造成識別率下降。因此，如何將人臉從背景中檢測出來(lái)，并進(jìn)行適當的處理、分割，是關(guān)系到識別成敗的關(guān)鍵環(huán)節，需要著(zhù)重進(jìn)行處理。
3.1 運動(dòng)目標檢測
對于運動(dòng)目標的檢測，常用的方法有背景差值法、圖像差分法、光流分割法和模式匹配法。由于光流分割和模式匹配等方法數據計算量較大，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)檢測的要求。背景差值法計算簡(jiǎn)單、速度快且檢測準確，但需要在背景靜止時(shí)檢測有效，對于背景變化的場(chǎng)合不適合。對于背景變化的場(chǎng)合，可以采用圖像差分法，即通過(guò)檢測圖像序列相鄰兩幀對應像素點(diǎn)之間灰度值的變化確定移動(dòng)的物體。設圖像定義f(x，y，i)，其中(x，y)為圖像的位置坐標，i、j為圖像幀數，T為設定的閾值，則幀f(x，y，i)與幀f(x，y，j)之間的變化可用如下的二值差分圖像表示：
式中取值為1和0的像素分別對應于前景（運動(dòng)目標區域）和背景（非運動(dòng)區域）。
對于緩慢移動(dòng)的物體，圖像差分的變化量很小，有可能會(huì )被濾波器濾掉，解決方法是通過(guò)累積差分法ADP[2](Accumulative Difference Picture)。該法不僅可以用于可靠檢測緩慢移動(dòng)的物體，還可用于估計物體移動(dòng)速度的大小和方向以及物體尺度的大小。獲得累積差分圖像的過(guò)程如下：將圖像序列的每一幀圖像與參考圖像進(jìn)行比較，當差值大于某一閾值時(shí)就在累積差分圖像中加1，這樣，在第i幀圖像上的累積差分圖像ADP(x，y，i)為：
通過(guò)判斷灰度值的變化，即可判斷出移動(dòng)物體及其方向。
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