基于FPGA的模板匹配红外目标跟踪算法设计

为什么要写这篇文章

我写这篇文章的原因是一天在B站看到了一个大神发的视频是关于跟踪一个无人机的，看到作者跟网友的回复说是用的图像匹配算法，我就在网上搜索相关资料，最终找到一篇文献。文献中对该算法的评价很高，满足制导系统的实时性要求，用FPGA实现该算法具有运算速度快，可靠性高，功耗低等优势。

鉴于文献对FPGA 实现该算法的评价这么高，作为一名FPGA工程师肯定要把它搞出来。我花费了一些时间学习相关资料，把原理搞清楚后，开始设计逻辑框架和相关代码。

 FPGA实现图像算法的难点

虽说所有的编程语言在计算机中最终的表现形式都是0和1，但是要在FPGA上实现还是有些难度。

在FPGA上实现图像算法主要考虑以下几点：

第一点：图像的实时性问题

        用matlab软件做图像算法的方式就是对一张静态图像进行研究，FPGA是要对视频流数据进行实时处理。

第二点：FPGA资源利用问题

        FPGA内部的资源是有限的，尤其是BLOCK_RAM资源可怜的很，所以在设计程序时要充分利用好BLOCK_RAM，可以的话最好是反复使用，就像SpaceX公司研发的重复使用火箭猎鹰号一样。

第三点：对算法原理的实现步骤不能完全照搬使用

        算法的灵魂，我们要完全一致，但是对于算法的实现方式上要根据FPGA的特点进行一定的转化，不能完全照搬。

        以上三点是我自己对FPGA实现图像算法的理解，希望对大家有帮助，下面开始学习这个模板匹配算法。

模板匹配跟踪算法理解

        文献中对该算法的描述：模板匹配相关跟踪算法是近距成像末制导常用的算法，通过选定搜索区与模板，搜索区中模板平移相似度匹配的方法得出跟踪点所在的位置。

大白话理解就是：首选在一幅图像中划出一片区域叫做搜索区，然后拿着目标的照片在搜索区里面逐一排查，直到找到最像照片目标的数据，找到后把这个区域标定出来就OK。

FPGA系统框架设计

 

 整个系统我主要分为以上几个部分：

alg_control模块：该模块负责这个整个系统的调度和管理，相当于司令部指挥其他模块工作;

64*64搜索区模块：根据alg_control下发的坐标信息快速划出搜索区范围;

20*20模板存储模块：实现目标数据的存储功能;

Matrix_alg模块：实现该算法的匹配运算功能。

在实现该算法时，要注意的几个要点：

1. 搜索区和模板区的边界问题，要处理好;
2. 在运算工程中会产生大量数据，这些数据如何处理是关键。

本算法全部是用verilog编写完成，纯逻辑版本，真实有效，有截图为证，哈哈。我只是共享一些思路，编程的核心就是思路，思路有了，代码就是体力活。