面向视频跟踪系统的关键算法和动态可重构硬件架构研究

【摘要】近年来，视频跟踪技术取得了显著的进展,并已在许多领域得到广泛应用。但是，目前的视频跟踪技术与实际需求仍有相当大的差距。论文从当前视频跟踪系统在实际应用中面临的问题出发，对视频跟踪系统涉及的一些关键算法及硬件实现平台进行了深入研究，重点研究了两个方面的问题：1）研究了视频跟踪系统所涉及的图像去噪声和目标跟踪算法，寻找消弱环境噪声、烟雾、遮挡等环境因素影响，提高跟踪精度的方法；2）研究视频跟踪涉及到的一些关键算法，根据算法研究分析、提取算法基本操作，建立面向视频跟踪系统的专用粗粒度的可重构硬件架构。本课题得到了国家自然科学基金项目“新一代图形处理系统芯片体系结构及关键技术研究（61136002）和“三维视频处理系统芯片动态可重构可编程体系结构研究（61272120）”的支持。作者在本文中完成的工作主要包括以下几方面：1、对图像去噪算法进行了较为系统的研究，在此基础上重点研究了基于Contourlet变换的图像去噪算法。利用非下采样Contourlet变换的平移不变性和Context模型能够实现对子带图像精细分类，并且具有较低的分类开销的特性，提出了一种结合非下采样Contourlet变换和Context模型的图像去噪算法。实验结果表明所提出的方法能够有效去除图像白噪声，与现有的一些小波域或Contourlet变换域去噪算法相比，在峰值信噪比和主观视觉效果方面均有改善。2、对视频跟踪算法进行了较为全面的研究，重点对卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、以及标准粒子滤波等基于概率估计的跟踪算法进行了深入分析。在此基础上，为提高粒子滤波跟踪估计精度，提出一种新的结合RTS最优平滑的迭代EKF粒子滤波方法。算法主要基于RTS固定区间两步平滑算法的思路，在前向步骤中采用迭代扩展卡尔曼滤波获取非线性系统的最大后验概率估计，然后，从最后时间步开始，对滤波结果实施RTS固定区间平滑修正生成采样粒子，使其融入最新观测信息的同时更加符合系统真实状态的后验概率分布，对观测噪声具有较好的抑制能力，从而显著提高了跟踪稳定性及准确性。一维及二维模型的仿真结果验证了所提出算法的有效性。3、对视频跟踪算法中用到的图像去噪和跟踪算法进行了分析、提取了算法基本操作，并研究了适合视频跟踪应用的硬件特征。基于数据流模式和可重构技术提出了一种面向视频跟踪应用的粗粒度的可重构静态数据流硬件架构（ReconfigurableStaticData-flowhardwareArchitecture，RSDA），RSDA利用可重构硬件互联以及操作单元之间的硬件握手结构，克服了传统数据流实现方式的低效性，实现了架构的高度并行处理能力，并具有容易编程的特点。在Altera公司的FPGA上实现了所提结构，并与ASIC及一种优化了的GPU实现方法进行了性能对比。4、分析了所提RSDA结构的缺点，在保持所提RSDA结构的优点的前提下，采用将各种并行形式统一在一个单一结构中的思想，提出了一种更具使用灵活性和可编程性的可重构多态阵列处理器结构-PRMA，并对结构进行了初步的仿真分析。仿真结果表明PRMA能实现与RSDA相似的数据吞吐量，并有更好的可编程性。
【作者】刘镇弢；
【导师】沈绪榜；
【作者基本信息】西安电子科技大学，集成电路系统设计，2014，博士
【关键词】视频跟踪；图像去噪；粒子滤波；动态可重构架构；数据流；多态众核结构；

【参考文献】
[1]杨阳.面向现代产品创新设计的用户体验研究[D].哈尔滨理工大学,设计艺术学,2013,硕士.
[2]马舒宁.企业微信营销传播研究[D].大连海事大学,工商管理,2014,硕士.
[3]凡雪迎.温度响应性聚酒石酸材料的制备及性能研究[D].河北大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[4]石陆魁.非线性维数约减算法中若干关键问题的研究[D].天津大学,2005.
[5]王蕾.异构网络中数据搜索算法研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[6]汤海涛.闭环供应链风险评价研究[D].东北石油大学,企业管理,2013,硕士.
[7]于文夭.我国绿色金融发展中的问题与对策[D].东北师范大学,金融学,2012,硕士.
[8]梅宇宏.公司对消费者承担社会责任的法律研究[D].扬州大学,民商法学,2012,硕士.
[9]李素英1,孙继峰2.常规X射线胸透检查对外周血细胞检测的影响研究[J].海南医学院学报.
[10]刘萍.复杂轮系在镗孔车端面装置中的应用[J].电子测试.
[11]杜文君.FG集团技术创新战略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[12]邵振华,魏博伦,叶志平,何奕,施耀.等离子体联合光催化治理喷漆废气[J].浙江大学学报(工学版),2014,06:1127-1131.
[13]张晓星.基于知识管理的网络资源管理[J].国家图书馆学刊,2003,01:7-13.
[14]贾爽.大学生心理咨询专家系统的研究和实现[D].安徽大学,计算机技术,2013,硕士.
[15]蒋志全.基于GMDH原理的自组织数据挖掘模型研究[D].大连海事大学,2004.
[16]高会聪.河北省数据产业技术研究院发展战略研究[D].燕山大学,工商管理,2013,硕士.
[17]秦红梅.高中物理课堂支架式教学模式的初步研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[18]高嘉爽.基于Agent及FEA的焊接加工过程协同设计系统研究[D].哈尔滨工业大学,2009.
[19]李纯青.俄汉交际中的语用失误及其规避策略[D].华中师范大学,俄语语言文学,2014,硕士.
[20]田纪鑫.徐州—沛县省内二级干线改光缆可行性探讨[J].光通信研究.1989(03)
[21]张忠英.非营利组织营销问题研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.
[22]吴雪松.基于BP神经网络的同步发电机自适应励磁控制器的设计和仿真研究[D].广西大学,农业电气化与自动化,2004,硕士.
[23]张晓楠.城市高中薄弱校学生对三角函数定义理解情况的调查[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[24]张娜.聚酯纤维沥青混凝土桥面铺装层的性能研究及力学分析[D].湖南大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[25]欧阳科,谢珊,赵雅,王雷超,方琪惠.磁性Fe_3O_4/石墨烯异质结固定漆酶特性及其对水中双酚A的降解研究[J].生态环境学报,2015,01:106-112.
[26]刘娜.基于视觉的车道线识别与偏离预警方法研究[D].长安大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[27]洪海舟.CD烟草公司精确营销发展研究[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[28]李怀远,杨佳龙.武钢5号高炉长寿技术[J].炼铁.2001(S2)
[29]郑重.社会管理创新取向下的城市社区建设研究[D].华中师范大学,公共管理,2014,硕士.
[30]孙中会.洛铜冶炼厂工业遗产保护和旅游开发策略研究[D].河南科技大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[31]王言言.大学校园文化的制度育人问题研究[D].长安大学,思想政治教育,2013,硕士.
[32]刘栋.基于贝叶斯网络的云取证研究[D].山东师范大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[33]郭鹏.恒压型白光LED驱动电路研究与实现[D].浙江大学,2006.
[34]邢铁英.打通新疆面向大西洋的出海口——开拓欧盟和北美市场的思考[J].大陆桥视野.2005(08)
[35]葛秀芹.农村初中生应对方式、自我效能感与心理健康的关系研究[D].扬州大学,教育学原理,2012,硕士.
[36]哈衣沙尔·夏木西.《蒙古秘史》中的突厥语和蒙古语共有词考[D].中央民族大学,中国少数民族语言文学,2004,硕士.
[37]刘茂娟.创业板上市公司董事会特征与公司绩效的实证研究[D].西南交通大学,金融学,2014,硕士.
[38]傅新民,金咸枞.试论教学、科研、科技开发的关系[J].高等建筑教育.1993(01)
[39]张丽香.中药双利肝的质量标准研究[D].山西医科大学,药物化学,2002,硕士.
[40]王欣.基于压电晶体振动原理的生物传感器数值分析[D].西南交通大学,生物医学工程,2014,硕士.
[41]王曼.中尺度模式中的辐射参数化方案研究[D].南京气象学院,气象学,2004,硕士.
[42]吕龙源.中国当代时装设计中图案的作用及应用研究[D].西南大学,美术学,2014,硕士.
[43]黄元元.金属纳米颗粒的生长和表面结构调控的研究[D].中国科学技术大学,同步辐射及应用,2014,博士.
[44]高阳.基于机器视觉的晶圆裸片计数[D].广东工业大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[45]李妮娜.新时期大学生思想政治教育中的自我教育研究[D].中北大学,思想政治教育,2014,硕士.
[46]吴云峰.张家港港务局企业发展战略研究[D].武汉理工大学,交通运输工程,2003,硕士.
[47]刘亚静,范瑜.《交流伺服控制系统》系列讲座(七)第8讲交流伺服系统的全数字硬件化设计举例[J].伺服控制,2014,12:77-79.
[48]石文娟.“大半”和“多半”共时比较与历时演变[D].华中师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[49]龚晓文.新农保从形式普惠到实质公平的实施路径研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2014,硕士.
[50]滕志海.重组人表皮生长因子凝胶在尿道下裂术后尿瘘中的应用效果观察[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.