[发明专利]基于FPGA的炸点目标检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的炸点检测系统及方法，包括信号控制与数据处理模块、解码电路、数据缓存电路、以太网电路、外围电路，解码电路获取原始图像数据，并将原始图像数据缓存至大容量的数据缓存电路中，通过信号控制与数据处理模块中的改进三帧差法进行炸点目标检测，获得炸点区域，再进行连通域标记后利用灰度加权算法获得炸点的中心像素坐标，最终检测到的炸点图像与炸点中心像素坐标通过以太网电路发送至PC机。本发明将算法步骤进行流水线设计，获得高速的运算结果，能够对分辨率为1024*1024的图像达到实时检测炸点的结果；能够准确的获得炸点区域并快速高精度的标记炸点中心点坐标；在光照变化，背景运动的前提下，仍能保持高的检测率。

技术领域

本发明涉及目标检测领域，具体涉及一种基于FPGA的炸点目标检测系统及方法。

背景技术

随着社会经济和科学技术的发展，对目标检测的速度与精度的要求越来越高。爆炸体炸点目标是快速变化的一种目标，在民用领域，烟花爆竹炸点检测有助于城市监管与消防防范。在军用国防领域，炮弹炸点检测是武器测试与评估系统中重要的一个环节，可用于靶场炮弹射击校验、毁伤效果评估与反火力打击中地方火力位置估计等方面。目前，炸点检测方法主要采用的方法包括以下两个方面，一是利用激光仪进行观测测量，这种方法存在人为的目视误差，且实时性较差；另一是利用图像信息进行炸点检测，由于这种方法具有快速、精确的优点，因此获得了较快的发展。

现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。随着图像处理技术的日益成熟，追求快速、高带宽处理的需求越来越强烈，而FPGA作为一种高速的并行处理硬件，在图像处理领域正扮演着越来越重要的作用。

利用图像信息进行目标检测在商业、军事和国防安全等领域均具有非常重要的作用。目前，运动目标检测可以分成以下三个方法，分别为相邻帧差法、背景减法与光流法。相邻帧差法通过相邻的两帧做差来获得运动目标的区域，这种算法对动态环境有较强的自适应性；背景减法利用当前帧图像与背景图像比较得出运动目标，这种方法需要构建出稳定的背景模型，能够比较完整的检测出运动目标；光流法将图像灰度的变化与二维速度场联系起来，用光流场反映像素点运动的方向和速度，并根据光流场的分布特征，提取出运动目标的区域。上述三种方法中，相邻帧差法计算简单，能够达到较高的实时性，但是分割出的目标不够完整，不能提取所有的特征像素，背景减法能够提供最完全的特征数据并获得较为完整的目标，但是对于背景的关照变化不具备鲁棒性，光流法适合做精确分析，能够获得目标的运动参数，但是其运算复杂，难以满足实时性的要求。

近年来，国内外学者已经对利用图像信息进行炸点检测进行了深入的研究，并形成了相应的成果，但是依旧存在以下几点问题：1、论文[秦晓燕,王晓芳,陈萍,等.基于Adaboost算法的炮弹炸点检测[J].兵工学报,2012,33(6):682-687.]以Adaboost算法为框架构建了一种炸点检测算法,但是该算法中炸点的选取依赖于先验信息，这对于战场环境或者其他的一些军事环境很难满足这个要求；2、论文[秦晓燕,袁广林.基于主分量寻踪与分析的炮弹炸点检测[J].兵工学报,2013,34(10):1266-1272.]提出一种基于主分量寻踪(PCP)与主分量分析(PCA)的炮弹炸点检测方法，该方法较为复杂，无法进行硬件化移植。3、专利[CN201710023813.6]根据炸点与噪声点或活动目标的不同特性，能够从雷达探到的原始点迹中识别出炸点目标，但该方法需借助于雷达系统，系统复杂且价格较为昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的炸点目标检测系统及方法，能够快速、高精度的检测到的炸点图像与炸点中心像素坐标。