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基于FPGA的船载视频光电跟踪系统设计
| 论文题名： | 基于FPGA的船载视频光电跟踪系统设计 |
| 关键词： | 现场可编程门阵列;目标检测;船载视频;光电跟踪;伺服控制;图像处理 |
| 摘要： | 船载视频光电跟踪系统可用于海洋资源环境检测，海洋救援，能够对海面低空机动目标进行搜索、监控和跟踪，也可作为舰载武器系统的辅助设施。它是海洋舰船的必备利器，具有重要的工程应用价值和潜在的经济效益。本文以 FPGA为核心处理器，着重突出整个系统的设计过程，完成了基于FPGA的船载视频光电跟踪系统的设计。系统结构设计明确，外围PCB电路少，集成度高，目标识别率好，跟踪系统稳定，具有一定的工程意义。 论文首先对 FPGA数字系统设计流程做了简要概述，然后根据数字系统设计流程对跟踪系统进行了顶层设计，将系统划分为两大部分：视频图像处理部分和伺服电机控制部分。最后论文在总体设计的框架下，对各个模块进行了理论研究并且最终在FPGA中实现。 在视频图像处理方面，论文分析了常见滤波算法的优缺点，采用快速中值滤波算法进行图像滤波处理，实验证明该算法对椒盐噪声具有良好的滤波效果。论文比较了传统的运动目标识别与跟踪算法，重点对模板相关匹配算法原理进行了探究。为了解决模板匹配算法中的搜索过程繁琐，效率低的问题，论文改进搜索策略，设计出了基于RGB颜色特征匹配的质心跟踪算法，并在FPGA中得以实现。算法实现简单，搜索速度快，效率高，并且具有较强抗干扰能力。 在伺服控制方面，论文首先对伺服电机控制做了数学建模分析，详述了四象限二维自动跟踪控制以及摇杆手动控制原理，并且在FPGA中实现了功能设计。考虑到海浪的影响，论文简要做了船体受海浪扰动模型分析，并且设计出了基于陀螺和电位器信号的稳定控制模块。测试发现，系统在受到扰动时可以达到一定的稳定效果。 论文分别给出了室内实验测试和海上实验测试的结果。实验结果表明，系统能够正常稳定的工作。VGA显示器可以实时显示视频画面，摇杆能够控制光电跟踪平台的运动状态。在目标低速运动情况下，捕获目标后，系统能够实时跟踪目标。在640×480视频图像分辨率下，方位电机跟踪精度为80±10个像素点，最大跟踪角速度30°/s，俯仰方向跟踪误差为50±10像素点，最大跟踪角速度10°/s，目标识别的最小像素矩阵大小为16×16。 |
| 作者： | 罗涛 |
| 专业： | 集成电路工程 |
| 导师： | 田兆硕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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