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FPGA论文背景差分法论文 摘要：视频图像处理对处理器的数据处理能力和实时性要求都非常高。设计基于fpga和背景差分算法的静态背景下运动目标检测系统，并详细介绍了系统的设计过程。采用fpga硬件实现系统设计，极大的提高了系统的实时性，能准确的检测出运动目标。 关键词：fpga；目标检测；视频处理；背景差分法 moving target real-time detection of fpga-based static background chen quanjin,zhang yide (school of optoelectronic information,university of electronic science and technology of china,chengdu610054,china) abstract:a video detection system of moving objects based on fpga and background difference algorithm is designed.and introduces the realization in detail.the system processing speed has been enhanced greatly,and the moving object can be detected in realtime and accurately under the staticbackground. keywords:fpga; object detection;video processing;background differencing 一、系统总体方案设计 系统主要分为视频采集、视频格式转换、视频预处理、视频运动目标检测、vga视频显示和系统报警六个部分。图1为系统的整体总体框图。 （一）各部分模块的功能 1.视频采集：将模拟视频数据通过解码芯片转换为数字视频数据。2.视频格式转换：将解码后的视频数据转换成rgb格式。3.视频的预处理：包括将rgb数据存储在片外sdram中，图像重构和存储背景。4.视频移动目标检测：从存有当前视频图像和背景图像的sdram中读出背景图像和当前图像，根据背景差分算法，将背景差进行图像去噪和形态学处理，找出移动目标。5.vga视频显示：将检测后的结果实时的在显示器上显示出来。6.系统报警：当检测到运动目标时，系统发出报警信号。 （二）系统硬件电路设计 系统采用cmos模拟摄像头wv-gp240，解码芯片adv7180进行视频采集，将模拟视频信号转换成fpga能够处理的数字视频信号，fpga作为核心处理器，负责视频的格式转换，预处理以及移动目标的检测功能，当有移动目标出现时，发出警报。差分后图像或背景图像或当前图像经数模转换芯片adv7123转化为模拟信号，通过vga接口显示在显示器上。图2为系统硬件结构图。 二、系统方案的设计实现 （一）视频处理模块 为了对完整的视频图像进行处理，必须对视频图像进行缓存：在sdram中开辟两个大小为一幅视频图像的存储区，采用ping-pong操作，当在传输和存储重构当前帧图像的时候，对上一帧图像进行后续处理。如此反复交错的进行存储重构和处理，从而提高系统的吞吐量和处理速度。 （二）运动目标检测模块 本系统采用背景差分法。算法实现的流程如图3。将当前帧图像和背景图像的灰度进行背景差计算。背景差分算法实现过程为：将当前帧图片和背景图片同时送入背景差分模块中，对两幅图像中对应的像素的相关分量进行相减运算并取绝对值。当运算结果小于某个阈值t时，认为当前帧图像和背景图像在该像素点上相同，将像素的灰度值置为255；当运算结果大于阈值t时，认为当前帧图像和背景图像在该像素点上发生了变化，表示有移动目标出现，将像素的灰度值置为0。为了使检测到的移动目标区域充实准确，引入了数学形态学处理中的腐蚀、膨胀算法。运用腐蚀算子去除孤立的噪声点，运用膨胀算子填补目标区域的空洞，这样既消除了图像中分散的碎杂噪声点，又保留了目标的边缘特征。 三、验证和测试 本设计采用altera公司cyclone ii系列fpga芯片（ep2c70）作为系统的硬件平台。以上算法均采用verilog硬件描述语言设计。图4为实验结果，a为背景图，b为当前帧图像，c为背景差值图像，d为差值图像二值化处理后的图像。 由实验结果可以看出：在简单静态背景下，利用背景差分算法能够有效的检测出完整的运动目标，检测效果比较好。能够充分检测出运动目标的形状和姿态等。采用的是fpga作为处理器，运算速度非常快，采集视频图像时采用ping-pong结构，采集过程和目标检测采用流水线处理结构，实现了目标检测的实时性。 参考文