基于双面阵CCD的运动目标测速研究

论文摘要

采用视频检测方法对运动目标进行速度测量是现代交通工程和其他一些领域急需解决的重要难题,也是计算机视觉领域的研究热点。本文针对双面阵CCD对运动目标的速度测量技术进行了理论研究和计算,在分析了CCD图像传感器以及面阵CCD检测系统工作原理的基础上,提出了基于双面阵CCD的运动目标速度测量系统的设计方案。电荷耦合器件（CCD）具有自动扫描、分辨率高、灵敏度高、结构紧凑、像素位置准确等特性,在工程实际检测中,尤其在运动物体检测方面具有很强的优势。较之传统的测速系统,面阵CCD图像传感器价格适中,受天气和周围环境影响较小,同时具有很高的响应速度,并且可以实时保存包含运动目标信息的图像。因此,基于面阵CCD的视频测速系统通常具有更高的可靠性、实用性和测速精度。在交通工程中还可以为各种违章行为提供取证图像。本文从硬件和软件两方面详细地阐述了基于双面阵CCD的运动目标测速系统的设计方案,并对实验结果进行了分析。本设计采用两个高速面阵CCD摄像机作为前端检测装置,对包含运动目标的客观世界进行图像采集,然后将采集到的图像信息送入计算机。通过图像处理算法对采集到的图像进行分析,采用中值滤波和背景差分法对运动目标进行检测,并做了适当的改进,从而提高了整个系统的计算速度,最后采用一种类似于触发器的方式进行计时,并计算得到运动目标的速度信息。本测量系统软件在Visual C++6.0编辑环境下编写。实验结果验证了算法的快速性并显示了测量算法的高精度。实验证实,本系统提出的对运动目标进行测速的方案是可行的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及研究意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 本课题的研究意义
• 1.2 国内外测速系统的现状
• 1.2.1 测速系统的分类
• 1.2.2 国内外的发展现状
• 1.3 本论文所要进行的工作
• 1.4 全文的结构安排
• 第二章 电荷耦合器（CCD）的工作原理
• 2.1 CCD图像传感器的基本工作原理
• 2.1.1 电荷存储
• 2.1.2 电荷耦合
• 2.1.3 CCD的电荷注入和检测
• 2.2 CCD图像传感器的结构
• 2.2.1 线阵CCD图像传感器的基本结构
• 2.2.2 面阵CCD图像传感器的基本结构
• 2.3 CCD图像传感器的特性参数
• 2.3.1 光电转换特性和光谱响应
• 2.3.2 驱动频率
• 2.3.3 噪声和动态范围
• 2.3.4 暗电流
• 2.3.5 分辨率
• 2.4 CCD相机的硬件结构及工作过程
• 2.4.1 CCD相机的硬件结构
• 2.4.2 CCD相机的工作流程
• 2.5 本设计面阵CCD的选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 运动目标检测的基本原理
• 3.1 数字图像处理和机器视觉
• 3.1.1 数字图像处理
• 3.1.2 机器视觉
• 3.1.3 数字图像处理和机器视觉的关系
• 3.2 图像的预处理
• 3.2.1 中值滤波
• 3.2.2 领域均值滤波
• 3.2.3 中值滤波和领域均值滤波的比较
• 3.3 图像分割
• 3.3.1 阈值分割方法
• 3.3.2 边缘检测定位法
• 3.4 运动目标检测
• 3.4.1 运动目标检测原理
• 3.4.2 常用的运动目标检测方法
• 3.5 运动目标在视频图像中的跟踪方法
• 3.5.1 运动目标跟踪原理
• 3.5.2 常用运动目标跟踪方法
• 3.6 基于背景差分法的运动目标检测算法
• 3.6.1 背景差分法的基本原理
• 3.6.2 背景模型
• 3.6.3 本设计所使用的背景差分算法
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于面阵电荷耦合器的测速研究
• 4.1 视频测速系统的组成及工作原理
• 4.1.1 测速系统的组成框图
• 4.1.2 视频测速系统的工作原理
• 4.2 基于双面阵CCD的运动物体速度测量设计
• 4.2.1 硬件平台设计
• 4.2.2 软件系统设计
• 4.3 检测系统软件开发
• 4.3.1 Visual C++6.0的简介及特点
• 4.3.2 图像处理软件部分的实现
• 4.3.3 软件实现的主要流程
• 4.4 图像采集模块
• 4.4.1 图像采集函数说明
• 4.5 图像处理模块
• 4.5.1 图像采集的函数说明
• 4.6 图像对比模块
• 4.6.1 图像对比模块函数说明
• 4.7 速度计算模块
• 4.7.1 具体的速度计算模块程序
• 4.7.2 程序的可视化界面
• 4.7.3 软件开发环境
• 4.8 本章小结
• 第五章 实验结果与讨论
• 5.1 面阵CCD摄像机的标定
• 5.2 使用玩具车进行测试
• 5.3 电动自行车车测速
• 5.4 测速实验设备组成
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 待改进之处
• 6.2.1 镜头的选择
• 6.2.2 处理程序有待于进一步完善
• 6.2.3 应用于多目标的情况
• 6.2.4 其他待改进之处
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的论文
• 详细摘要
• Abstract