CN204069175U - 一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，它包括摄像头、云台电机、显示器、云台驱动模块、SDRAM存储器以及现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA与摄像头、显示器、云台驱动模块和SDRAM存储器导线连接，云台驱动模块与云台导线连接；本实用新型成本低、灵活性高、开发周期短，弥补传统视频跟踪系统价格昂贵、体积庞大等缺点。将机器视觉技术运用到视频跟踪系统，克服传统视频跟踪系统人为因素引起的实时性差、效率低，使其变得更加智能、方便；解决了解决现有技术的视频跟踪系统在处理速度、效率、成本、开发难度、能耗、体积等方面难以达到有效平衡等问题。

Description

一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统

技术领域

本实用新型属于视觉监控技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，数字图像技术在工业生产、安防监控、消费电子、智能交通等领域有了广泛的应用。视频跟踪是在此基础上发展起来的一项新技术，它用来实现人工智能机器视觉，在实现视觉机械手、流水线工件分拣、缺陷产品检测、车辆跟踪、智能安防等领域有着较大的应用前景；目前视频跟踪系统主要实现平台有：PC机平台、ARM+DSP 平台、ASIC专用集成芯片平台，它可以使用纯软件或硬件实现。为了开发简单和节约成本，一般用软件来实现绝大部分功能。但是，这些平台有各自的优缺点，另外视频跟踪系统因其数据量大及算法复杂、稳定性要求高等因素而成为一个难题，现有视频跟踪系统在处理速度、效率、成本、开发难度、能耗、体积等方面难以达到有效平衡。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题：提供一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，以解决现有技术的视频跟踪系统在处理速度、效率、成本、开发难度、能耗、体积等方面难以达到有效平衡等问题。

本实用新型技术方案：

一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，它包括摄像头、云台电机、显示器、云台驱动模块、SDRAM存储器以及现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA与摄像头、显示器、云台驱动模块和SDRAM存储器导线连接，云台驱动模块与云台电机导线连接。

现场可编程门阵列FPGA包括图像采集模块、多端口SDRAM控制器、图像VGA显示模块、视频图像处理模块，多端口SDRAM控制器与图像采集模块、图像VGA显示模块和视频图像处理模块通过数字逻辑电路连接，多端口SDRAM控制器与SDRAM存储器导线连接。

所述摄像头为CMOS图像传感器。

所述图像采集模块为CMOS传感器数据采集模块。 

所述多端口SDRAM控制器为四端口。

所述图像VGA显示模块为驱动显示器显示实时视频图像画面。

所述视频图像处理模块为处理摄像头采集的实时图像，检测跟踪目标，输出云台电机控制信号。

所述云台驱动模块包括光电耦合隔离电路，光电耦合隔离电路与驱动放大电路导线连接。

所述云台电机为负责水平和垂直方向转动的两个步进电机，上面加载有摄像头。

本实用新型有益效果：

本实用新型通过CMOS传感器录取目标图像，将图像送至CMOS传感器数据采集模块进行格式转换后存储在SDRAM存储器内，视频图像处理模块和图像VGA显示模块通过多端口SDRAM控制器读取SDRAM存储器内的图像信息，进行显示和图像处理，FPGA根据图像处理结果驱动云台模块，实现对摄像头的实时控制，对目标进行实时跟踪，与现有视频跟踪系统相比，本实用新型成本低、灵活性高、开发周期短，弥补传统视频跟踪系统价格昂贵、体积庞大等缺点。将机器视觉技术运用到视频跟踪系统，克服传统视频跟踪系统人为因素引起的实时性差、效率低，使其变得更加智能、方便；解决了解决现有技术的视频跟踪系统在处理速度、效率、成本、开发难度、能耗、体积等方面难以达到有效平衡等问题。

附图说明：

图1 为本实用新型系统组成框图；

图2为本实用新型的云台电机控制原理框图。

图3为本实用新型的云台驱动模块主要芯片连接示意图。

具体实施方式：

一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，它包括摄像头、云台电机、显示器、云台驱动模块、SDRAM存储器以及现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA与摄像头、显示器、云台驱动模块和SDRAM存储器导线连接，云台驱动模块与云台电机导线连接。

现场可编程门阵列FPGA包括图像采集模块、多端口SDRAM控制器、图像VGA显示模块、视频图像处理模块，多端口SDRAM控制器与图像采集模块、图像VGA显示模块和视频图像处理模块通过数字逻辑电路连接，多端口SDRAM控制器与SDRAM存储器导线连接。

摄像头为CMOS图像传感器，摄像头采用Terasic公司提供的TRDB-D5M摄像头。TRDB-D5M摄像头具有500W像素，可通过通用输入输出口GPIO与FPGA主板相连接。此外，TRDM-D5M支持手动调焦，可以避免在不同距离下图像质量出现较大的差别。

图像采集模块为驱动CMOS图像传感器进行实时视频数据采集，并将数据转换为RGB颜色空间格式，通过多端口SDRAM控制器送至SDRAM存储器。

所述多端口SDRAM控制器为四端口。

多端口SDRAM控制器是利用FPGA的片上资源开辟的多个FIFO（First in First out）作为视频图像数据读写缓存来实现，它能够从多个缓存向SDRAM存储器芯片进行图像数据的存取。本实用新型使用两片SDRAM存储器芯片和两个4_Port SDRAM控制器来完成视频图像显示和视频图像处理，具体而言，将CMOS图像传感器采集到的实时视频图像数据分成两部分，一部分通过4_Port SDRAM控制器u1的写FIFO1写入10位红色通道R数据和高5位的绿色通道G数据到SDRAM 1存储器芯片中，另一部分通过4_Port SDRAM控制器u2的写FIFO1写入低5位绿色通道G数据和10位蓝色通道B数据到SDRAM 2存储器芯片中，图像VGA显示模块通过读4_Port SDRAM控制器u1的读FIFO1和4_Port SDRAM控制器u2的读FIFO1来进行图像的显示；视频图像处理模块通过读4_Port SDRAM控制器u1的读FIF02和4_Port SDRAM控制器u2的读FIF02来完成实时视频图像处理。

图像VGA 显示模块主要是为了产生显示器的控制信号，将显示缓冲区内的视频图像数据按照显示时序的要求输出到显示器上。本实用新型中VGA显示利用支持VGA输出的16针脚D-SUB连接器，Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片直接提供VGA同步信号，同时模数转换芯片ADV7123中的三个10位高速视频转换器被用作模拟数据信号（R，G和B）发生器，这些电路组合最高能支持像素为1600×1200的分辨率显示。

云台驱动模块包括光电耦合隔离电路，光电耦合隔离电路与驱动放大电路导线连接。本实用新型的云台控制模块选取了6N137和P521光电耦合芯片、THB7128信号驱动芯片，结合相关外围基本电路，构成了云台电机控制信号的驱动电路模块。云台电机采用两个步进电机，分别负责水平和垂直方向转动。

系统上电后，FPGA内部集成的I²C传感器配置模块初始化CMOS图像传感器，然后数据采集模块捕获来自CMOS图像传感器的图像帧数据，并将Bayer Pattern格式的图像帧数据转换为RGB颜色空间格式；最后，多端口SDRAM控制器将转换后的图像帧数据保存到SDRAM存储器中；同时多端口SDRAM控制器的一个输出端口将缓存的图像帧数据送给图像VGA显示模块，由与图像VGA显示模块连接的显示器进行图像显示，另一个输出端口送给视频图像处理模块进行图像预处理以及运动目标的检测、跟踪、定位功能，FPGA通过视频图像处理后的结果对控制信号进行调节，通过PWM生成电路产生PWM脉冲调节信号，经过云台驱动模块对PWM信号放大，驱动云台的两个步进电机对摄像头进行实时控制，以实现实时跟踪目标，对目标进行监控的功能。

Claims (7)

1.一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，它包括摄像头、云台电机、显示器、云台驱动模块、SDRAM存储器和现场可编程门阵列FPGA，其特征在于：现场可编程门阵列FPGA与摄像头、显示器、云台驱动模块和SDRAM存储器导线连接，云台驱动模块与云台电机导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：现场可编程门阵列FPGA包括图像采集模块、多端口SDRAM控制器、图像VGA显示模块、视频图像处理模块，多端口SDRAM控制器与图像采集模块、图像VGA显示模块和视频图像处理模块通过数字逻辑电路连接，多端口SDRAM控制器与SDRAM存储器导线连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：摄像头为CMOS图像传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：云台电机为两台负责水平和垂直方向转动的步进电机。

5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：图像采集模块为CMOS传感器数据采集模块。

6.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：所述多端口SDRAM控制器为四端口。

7.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉技术的视频跟踪系统，其特征在于：云台驱动模块包括光电耦合隔离电路，光电耦合隔离电路与驱动放大电路导线连接。