基于嵌入式系统的图像跟踪技术的设计与实现

论文摘要

随着计算机科学和自动控制技术的发展,越来越多的智能机器人出现在生产生活中,视觉系统作为智能机器人系统中一个重要的子系统,也越来越受到人们的重视。视觉系统是一个非常复杂的系统,它既要做到图像的准确采集还要做到对外界变化反应的实时性,同时还需要对外界运动的目标进行实时跟踪。因此,视觉系统对硬件和软件系统都提出了较高的要求。本文旨在提出一种基于TE2410嵌入式硬件平台的嵌入式图像跟踪系统的软件设计与实现。围绕图像处理系统的基本功能及特点,采用嵌入式系统的结构设计方法,在归纳总结了基于ARM的嵌入式系统的特点和当前最新发展动态,比较了多种操作系统优缺点的基础上,合理选择了嵌入式Linux做为平台的操作系统,并将其移植到基于ARM920T处理器的硬件平台上,构建了嵌入式Linux的交叉开发环境。针对Linux驱动程序架构的特点,对在嵌入式Linux下如何进行图像采集和显示以及图像数据的存贮的原理和程序的编写进行了介绍,在此基础之上,完成图像预处理模块,图像处理模块和图形显示界面的实现。图像预处理模块主要实现基于USB摄像头的图像获取程序,显示程序和存储程序的设计与实现。在图像处理模块,本文采用了适合本课题实时性要求的预处理方法。在图像分割中,在固定的时刻采用大津阈值分割方法动态的求取阈值以应对环境变化的影响,在时间间隔内采用固定的阈值分割方法提高效率;然后对分割后的图像进行Blob分析,给出目标在图像中的位置,目标的面积、周长、形心等一系列几何特征。对序列图像每一帧中的目标进行链式标记,达到对运动目标跟踪的目的。为了实现性能的优化,本文首先用Open CV对图像处理模块的算法进行仿真,对影响图像处理模块性能的部分进行改进,完成实时处理的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 论文选题的目的及意义
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 嵌入式视觉处理系统硬件平台
• 2.1 嵌入式处理器介绍
• 2.1.1 S3C2410 处理介绍
• 2.1.2 图像处理系统硬件设计
• 2.2 图像输入模块
• 2.3 图像显示和用户交互模块
• 2.3.1 LCD 用户显示模块
• 2.3.2 用户交互模块
• 2.4 本章总结
• 第三章 嵌入式Linux及其应用程序开发
• 3.1 嵌入式操作系统的特点
• 3.2 常见嵌入式操作系统介绍
• 3.2.1 Palm OS
• 3.2.2 Windows CE
• 3.2.3 Linux
• 3.3 基于TE2410 的嵌入式软件开发
• 3.3.1 嵌入式软件开发流程
• 3.3.2 基于Linux 操作的嵌入式软开发流程
• 3.3.3 Bootloader 的移植
• 3.3.4 Linux 内核的移植
• 3.3.5 根文件系统的制作
• 3.4 本章总结
• 第四章 图像采集和显示软件设计
• 4.1 基于V4L的图像采集
• 4.1.1 V4L简介
• 4.1.2 基于V4L的图像采集程序设计
• 4.2 基于Frame buffer 的图像显示
• 4.2.1 Frame buffer（帧缓冲设备）简介
• 4.2.2 基于Frmae buffer 的图像显示程序设计
• 4.3 图像数据的存储和显示
• 4.3.1 BMP 文件格式简介
• 4.3.2 BMP 文件的显示和储存程序设计
• 4.4 本章总结
• 第五章 图像处理和运动目标跟踪
• 5.1 图像预处理方法简介
• 5.1.1 图像格式的转换及其颜色空间
• 5.1.2 图像的平滑
• 5.1.3 图像分割
• 5.2 Blob 分析
• 5.2.1 图像的几何特征
• 5.2.2 图像的不变矩
• 5.2.3 Blob 分析简介
• 5.3 卡尔曼滤波原理简介
• 5.4 OPENCV 仿真
• 5.4.1 基于VC6.0 和OPENCV 的BLOB 算法仿真
• 5.4.2 基于OPENCV 的图像的采集和显示
• 5.4.3 OPENCV 的BLOB 仿真结果及分析
• 5.5 基于TE2410 的分析结果
• 5.6 本章总结
• 第六章总结和改进思路
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 图像转换代码