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目标跟踪是计算机视觉领域一个非常重要的课题,随着科学技术的发展,目标跟踪技术得到了飞速发展,在军事工业和民用生活等领域应用越来越广泛。但是实际应用中,由于目标尺度小、背景复杂等因素影响,在跟踪精度和跟踪速度方面仍有很大挑战。本文针对红外小目标跟踪,以空中作战侦查为背景进行研究。在实际拍摄时由于距离远,且有噪点、云层遮挡等影响,图像中经常出现目标较小甚至只有1-2个像素的情况,信噪比很低,这种红外小目标的跟踪中可提取的目标特征较少,目前大部分跟踪算法对于这种情况跟踪精度都较差。而且一般跟踪性能较好的跟踪算法计算复杂度相对较高,从而导致跟踪速度较慢,不能满足高速实时跟踪的需求,因此提升跟踪算法的速度也是迫切需要解决的问题。核相关滤波器跟踪算法KCF(Kernelized Correlation Filters)通过训练目标和背景之间的分类器来检测下一帧,是一种跟踪精度较高的高速算法,但其在红外小目标的跟踪中跟踪精度和速度仍不能满足需求。本文针对红外小目标跟踪,提出了KCF_MFD跟踪算法,在KCF算法的基础上进行改进,利用多尺度通量密度来作为小目标的特征进行跟踪,在红外小目标场景跟踪中,中心距离误差和边界框重叠率鲁棒性较好。并且由于可编程逻辑器件(FPGA)具有可并行、计算速度快的特点,因此本文对KCF跟踪算法进行了FPGA硬件实现,最终实现高速跟踪。本论文将针对红外小目标跟踪以及基于FPGA的高速跟踪系统实现展开研究工作,主要研究内容和研究成果如下:(1)将小目标的多尺度通量密度作为目标特征加入到KCF框架中进行跟踪,得到针对红外小目标的跟踪算法KCF_MFD,并利用OTB对其进行测试,其在中心位置误差、边界框重叠率方面都有不错表现,跟踪精度评分为0.886,成功率评分为0.439。(2)对KCF算法进行并行设计并进行FPGA实现,得到高速跟踪系统,本系统主要包括DDR缓存模块、控制模块、图像特征提取模块、训练模块和检测模块,其中多处采用并行方式进行,加快跟踪速度,实现高速跟踪。(3)对高速跟踪系统进行测试,本系统在Virtex-6 XC6VLX240T-1FFG1156型号FPGA中实现,资源占用slice用量为46%,利用VOT2014数据集进行测试,在延迟方面最大延迟不超过3ms,平均延迟为1.676ms,在吞吐率方面最低吞吐率可达到800 FPS以上,平均吞吐率为1466 FPS,实现了高速跟踪。