目標跟蹤系統(tǒng)方案論證與選擇分析案例目錄 1 1 1 2 2 2 4 4 51.2系統(tǒng)的功能需求與設計(1)在光照較弱或外部光照環(huán)境發(fā)生變化時，也能保證一定的實時性與準(2)外部環(huán)境存在干擾物體或目標發(fā)生運動的情況下，也可以準確識別出(3)對速度控制在15cm/s以下的物體可進行實時追蹤，且跟蹤精度在5°~10°范圍內。1.2.2系統(tǒng)總體框架搭建系統(tǒng)主要由圖像采集模塊和圖像處理模塊組成。FPGA通過攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)并緩存到SDRAM中，在從SDRAM搬運到LCD驅動進行輸出顯示。從下面總體框圖可以看出，在LCD圖像流輸出后進行圖像處理。圖像處理模塊采用流水線處理的方式，先后完成RGB-HSV(二值化)、膨脹腐蝕的形態(tài)學濾波和目標物體坐標提取，最后輸出圖像及物體坐標，然后舵機驅動模塊驅動舵機進行實時追蹤。系統(tǒng)總體設計框架圖如下：圖1.1系統(tǒng)總體框架圖1.3系統(tǒng)算法選取與總體設計系統(tǒng)的跟蹤算法要有魯棒性、準確性和實時性，魯棒性是指系統(tǒng)在外部環(huán)境的變化下保持穩(wěn)定，仍能對目標進行準確追蹤。準確性是對目標識別的準確性，在存在外部干擾的環(huán)境下也能對目標物體進行準確追蹤，實時性是指跟蹤速度要滿足一定要求，目標物體運動速度在一定范圍內可以保證準確追蹤。通過對比上述三種跟蹤算法并結合實際應用情況，最終系統(tǒng)采用了基于顏色特征的目標追蹤算法，既能保證跟蹤精度與實時性，實現(xiàn)過程又不復雜，基本達到了預期的功能需求。通過添加形態(tài)學濾波模塊，減少外部干擾，增強系統(tǒng)的抗干擾性。圖1.2為本系統(tǒng)跟蹤算法的設計流程。特征匹配與運動估計描述符計算特征描述特征描述跟蹤圖1.2基于特征跟蹤算法流程圖確定系統(tǒng)算法前，首先要選取目標特征，特征選取標準如下：第一：分辨率高。目標特征應使目標物體能夠與背景環(huán)境顯著區(qū)分開，即目標物體應與其他物體顏色具有鮮明差異。第二：可靠性高。外部環(huán)境發(fā)生變化時，選定的特征應不變或變化較小，保證系統(tǒng)檢測的可靠性。第三：實時性好。若系統(tǒng)算法設計過于復雜，對應的工作量和耗時就比較多，實時性便無法保證，因此特征維度應該適中，使整體算法流程不至于過于復雜，在保證識別準確性的同時確保跟蹤的實時性。顏色特征是物體最基本的特征之一，基于顏色特征的目標跟蹤算法計算復雜度時鐘，具有良好的實時性與可分辨性，并且同類目標的可靠性高，因此本系統(tǒng)算法采用基于顏色特征的目標追蹤算法。1.3.2系統(tǒng)識別與跟蹤的算法流程系統(tǒng)識別與追蹤的算法實現(xiàn)流程：首先通過攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，經過濾波處理后，對圖像數(shù)據(jù)作二值化處理，之后通過按鍵提取顏色，作為匹配模板，將下一幀的像素點與匹配模板作比較，所得顏色識別結果一部分發(fā)送到VGA驗證，另外一部分先通過形態(tài)學濾波作預處理，去噪后進行中心點計算，輸出到跟蹤模塊，追蹤模塊通過PID反饋控制舵機完成對目標的追蹤。圖1.3系統(tǒng)跟蹤算法實現(xiàn)流程搭配LCD驅動進行輸出顯示，下面對攝像頭型號的選取及圖像采集進行介紹。絕大部分份額。根據(jù)對比分析，本系統(tǒng)最終采用ov5640CMOS傳感器。的CMOS圖像傳感器，它提供了單芯片以OmniBSI技術封裝而成的五百萬像素 它還具有攝像頭功能，提供了全幀、采樣、窗口化、任意縮放的多種格式的8比特或者10比特的圖像數(shù)據(jù)。包成IP核。IP核封裝如下：圖1.4圖像采集IP核標跟蹤的效果。本系統(tǒng)選擇Thinkvision液晶顯示屏，最高顯示分辨