基于帧间差分法的目标检测研究与FPGA实现.pdf

在信息技术领域，目标检测作为视觉处理中的重要环节，在很多应用场合都有广泛需求，例如安防监控、自动驾驶、工业检测等。为了提高检测的实时性和准确性，学术界和工业界不断探索新的算法和硬件架构。基于帧间差分法的目标检测研究与FPGA实现，就是其中的一项重要工作。 帧间差分法是一种较为简单的移动目标检测算法，它通过比较连续两帧图像的像素值差异来实现动态目标的检测。这种方法不需要复杂的背景建模，因此，算法的复杂度较低，更易于硬件化实现，适合在FPGA这样的硬件平台上运行。此外，FPGA具有并行处理能力强、可灵活配置硬件逻辑等特点，是实现复杂算法硬件化的重要手段。 在本研究中，硬件平台基于Altera的CycloneIVE系列FPGA进行开发，该系列FPGA具有丰富的逻辑单元、存储资源和可编程I/O接口，适合处理视频图像数据流。图像采集方面，选择了豪威科技的OV5640作为传感器，它是一款高分辨率图像传感器，具有CMOS技术、可编程的控制接口以及较低的功耗等特点，能够提供高质量的图像数据，为帧间差分算法的准确执行提供了基础。 为了存储图像数据，系统采用了镁光SDRAM作为高速存储器件。SDRAM具有较高的读写速度，可以满足视频数据处理的实时性需求。在硬件设计中，FPGA内部的ROM用于存放预设参数，如二值化阈值等，这些参数可由外部通过编程方式设定或调整，增强了系统的灵活性。 系统在硬件设计和功能模块仿真上采用Quartus II和Modelsim联合开发平台。Quartus II是一款针对Altera器件的综合开发环境，支持复杂FPGA设计的构建、仿真和编译；Modelsim是一款广泛使用的硬件描述语言仿真工具，它们的联合使用可以保证设计的稳定性和可靠性。 整个目标检测系统主要由图像传感器OV5640、FPGA芯片、SDRAM和TFT显示屏四部分构成。系统首先通过OV5640采集原始图像数据，然后传送给FPGA进行处理。在FPGA内部，原始图像数据首先经过灰度化处理，然后通过硬件差分算法模块进行帧间差分和二值化处理，最终在TFT显示屏上显示出来。这样，视频中的动态目标就可以清晰地被检测出来。 硬件测试结果表明，该系统能够清晰地检测出视频中的动态目标，并且具有较好的实时性。这说明基于帧间差分法的目标检测结合FPGA实现具有很高的实用价值，尤其是在对实时性要求较高的场合。 关键词方面，本研究涉及的技术包括FPGA（现场可编程门阵列）、帧间差分法、目标检测、图像采集和实时性。其中，FPGA作为硬件加速平台，在图像处理和目标检测中占据着重要地位；帧间差分法是一种基础的目标检测算法；目标检测是本研究的核心目的；图像采集模块负责数据的获取；实时性是评估系统性能的关键指标之一。 该研究提出了一种新型的基于帧间差分法的目标检测硬件架构，并通过FPGA实现，不仅减少了数据同步信号设计的复杂性，缩短了调试周期，而且实现了较好的检测效果和实时性能。这对于提升目标检测系统在工控、安防等领域的应用价值具有重要意义。