A Real-Time and Efficient Optical Flow Tracking Accelerator on FPGA Platform

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作者
Yifan Gong,Jinshuo Zhang,Xin Liu,Jialin Li,Ying Lei,Zhe Zhang,Chen Yang,Li Geng
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (12): 4914-4927 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tcsi.2023.3298969
摘要

Optical flow is a highly efficient visual tracking algorithm, which is commonly used to estimate pixel movement between two consecutive images in a video sequence. However, its high computational complexity and large number of computations become a bottleneck that hinders the performance of embedded vision systems. When applied to simultaneous localization and mapping (SLAM), it is necessary to consider not only time consumption, but also the overall accuracy of the system, causing even greater difficulties. In this paper, a real-time multi-scale Lucas Kanade (LK) optical flow hardware accelerator with parallel pipeline architecture is proposed. The designed circuit meets the high precision and real-time performance required by SLAM while fully considering the limitations of hardware resources. It is deployed on Xilinx Zynq SoC and achieves a frame rate of 93 fps for feature tracking of continuous frame images at $752\times 480$ resolution. Compared with the implementation on ARM CPU, the average speed is increased by $4.5\times $ . Finally, the feasibility and applicability of the hardware accelerator system designed in this paper are verified on the SLAM system. Experimental results on a public dataset show that the average Root Mean Square Error (RMSE) of this work is 0.189 m, indicating that the hardware accelerator has comparable precision with existing state-of-the-art software algorithms, achieving a great balance of performance and precision.
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