基于面阵CCD运动目标的识别与跟踪研究

论文摘要

基于图像的目标自动识别与跟踪技术是世界各国卫星跟踪系统急需解决的重要难题,也是计算机视觉领域的研究热点。本文对目标自动识别与跟踪进行了理论、计算、试验三方面的深入研究,在分析了CCD器件的基本原理以及CCD检测系统工作原理的基础上,提出了基于面阵CCD的运动物体识别与跟踪系统的设计方案。电荷耦合器件（CCD）具有的自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑、像素位置准确等特性,在工程实际检测中,尤其是对运动物体检测方面具有很强的优势。本文从硬件和软件两方面详细地阐述基于面阵CCD的运动物体识别与跟踪系统的设计过程。采用高速面阵CCD摄像机对包含运动物体的客观世界进行图像采集,然后将信息送入计算机,通过图像处理的方法对包含运动目标的图像进行分析,提取到运动目标的信息后由计算机与单片机进行串口通信,将数据输出控制步进电机进行跟踪,在串口通信中采用了多线程及非阻塞的通信技术,提高了系统的效率,使系统更具有实时快速的特点。在实验室建立了一个模拟星座运动测量实验系统。本测量系统软件在Visual C++编辑环境下编写,单片机的程序设计通过Keil C语言实现。在实验系统上通过一系列的实验验证了算法的快速性并显示了测量算法的高精度。实验表明,这些目标的检测,分割和识别算法能够准确的识别和跟踪目标物体,达到预期效果。

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致谢

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 课题来源、产生背景及意义

1.1.1 课题来源和产生背景

1.1.2 本论文研究的意义

1.2 CCD 的发展及应用

1.2.1 CCD 的发展概况

1.2.2 CCD 的应用技术

1.3 自动目标识别与跟踪技术现状及发展

1.4 本论文所要进行的工作

第二章目标识别与跟踪系统的方案设计

2.1 目标识别与跟踪系统的组成及工作原理

2.1.1 目标识别与跟踪系统的模拟图

2.1.2 目标识别与跟踪系统的系统框图

2.1.3 目标识别与跟踪系统的工作原理

2.2 基于面阵CCD 的运动目标的识别与跟踪系统设计

2.2.1 硬件系统设计

2.2.2 软件系统设计

2.3 本章小节

第三章图像采集部分原理

3.1 电荷耦合器件（CCD）的基本工作原理

3.1.1 电荷存储

3.1.2 电荷耦合

3.1.3 电荷的注入（输入方式）

3.1.4 电荷的检测（输出方式）

3.2 CCD 传感器的检测原理

3.3 CCD 与 CMOS 图像传感器的比较

3.4 面阵CCD 与线阵 CCD

3.5 CCD 相机的硬件结构及工作过程

3.5.1 CCD 相机的硬件结构

3.5.2 CCD 相机的工作流程

3.6 CCD 的基本特征参数

3.7 本章小结

第四章运动目标的图像识别

4.1 图像的预处理

4.1.1 邻域均值滤波

4.1.2 中值滤波

4.1.3 邻域均值滤波与中值滤波比较

4.1.4 中值滤波的改进算法

4.2 图像分割

4.2.1 阈值分割方法

4.2.2 边缘检测定位法

4.3 目标识别

4.3.1 互相关法

4.3.2 质心跟踪法

4.3.3 帧差法

4.3.4 坐标的转换

4.4 本章小节

第五章跟踪系统的硬件设计

5.1 元件的选择

5.1.1 单片机选择

5.1.2 RS-232 标准串口通信及接口芯片选择及电路设计

5.2 步进电机的原理及驱动接口设计

5.2.1 步进电机的概述

5.2.2 步进电机的励磁方式

5.2.3 步进电机与单片机的接口设计

5.3 单片机系统电路设计

5.4 本章小节

第六章系统软件的设计与实现

6.1 检测系统软件开发

6.1.1 Visual C++ 6.0 的简介及特点

6.1.2 图象软件系统的实现

6.2 软件实现的主要流程

6.3 图像采集模块

6.3.1 图像采集函数说明

6.4 图像处理模块

6.4.1 图像处理的函数说明

6.5 图像通信模块

6.5.1 使用ActiveX 控件

6.5.2 使用32 位API 函数进行通信

6.5.3 程序实现过程

6.5.4 程序的可视化界面

6.6 单片机控制部分软件设计

6.6.1 开发使用的语言

6.6.2 集成开发的环境

6.6.3 下载工具

6.6.4 单片机控制程序流程图

6.7 本章小结

第七章目标自动识别与跟踪实验

7.1 面阵CCD 摄像机的标定

7.2 步进电机的控制

7.3 硬件的调试

7.4 跟踪实验设备组成

7.5 本章小结

第八章总结和展望

参考文献

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