【《目标跟踪系统方案论证与选择分析案例》2100字】

目标跟踪系统方案论证与选择分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3431目标跟踪系统方案论证与选择分析案例 1108711.1引言 1109851.2系统的功能需求与设计 1162841.2.1系统的功能 1103941.2.2系统总体框架搭建 2319491.3系统算法选取与总体设计 213751.3.1跟踪算法的对比与选择 210531.3.2系统识别与跟踪的算法流程 317181.4系统硬件选取与搭建 4271051.4.1图像采集模块的选取与实现 423471.4.2图像显示模块的选取与实现 51.1引言针对系统的应用场景，设定系统的预期功能，制定相应的设计方案，通过对比，选择最合适的处理平台与系统算法，设置相应的功能参数，选择合适的硬件驱动，最终搭建出系统的软硬件平台。1.2系统的功能需求与设计设计目标追踪系统，首先要有良好的实时性，并在光照环境变化及外部物体干扰环境下仍可以保持良好的实时性与准确性，最大程度地降低外部环境对目标追踪的干扰，并且需要考虑算法的可实施性系统构建的成本，根据这些需求搭建系统的整体框架。1.2.1系统的功能本系统主要应用于一些需要监控的场合，根据已有目标特征，对目标区域内像素点进行逐点扫描，检测特征与目标特征相符时，则认定其为目标物体，并进行实时追踪。以下为对该目标追踪系统的性能要求：在光照较弱或外部光照环境发生变化时，也能保证一定的实时性与准确性。外部环境存在干扰物体或目标发生运动的情况下，也可以准确识别出目标物体。对速度控制在15cm/s以下的物体可进行实时追踪，且跟踪精度在5°~10°范围内。1.2.2系统总体框架搭建系统主要由图像采集模块和图像处理模块组成。FPGA通过摄像头采集图像数据并缓存到SDRAM中，在从SDRAM搬运到LCD驱动进行输出显示。从下面总体框图可以看出，在LCD图像流输出后进行图像处理。图像处理模块采用流水线处理的方式，先后完成RGB-HSV（二值化）、膨胀腐蚀的形态学滤波和目标物体坐标提取，最后输出图像及物体坐标，然后舵机驱动模块驱动舵机进行实时追踪。系统总体设计框架图如下：图1.1系统总体框架图1.3系统算法选取与总体设计1.3.1跟踪算法的对比与选择系统的跟踪算法要有鲁棒性、准确性和实时性，鲁棒性是指系统在外部环境的变化下保持稳定，仍能对目标进行准确追踪。准确性是对目标识别的准确性，在存在外部干扰的环境下也能对目标物体进行准确追踪，实时性是指跟踪速度要满足一定要求，目标物体运动速度在一定范围内可以保证准确追踪。通过对比上述三种跟踪算法并结合实际应用情况，最终系统采用了基于颜色特征的目标追踪算法，既能保证跟踪精度与实时性，实现过程又不复杂，基本达到了预期的功能需求。通过添加形态学滤波模块，减少外部干扰，增强系统的抗干扰性。图1.2为本系统跟踪算法的设计流程。图1.2基于特征跟踪算法流程图确定系统算法前，首先要选取目标特征，特征选取标准如下：第一：分辨率高。目标特征应使目标物体能够与背景环境显著区分开，即目标物体应与其他物体颜色具有鲜明差异。第二：可靠性高。外部环境发生变化时，选定的特征应不变或变化较小，保证系统检测的可靠性。第三：实时性好。若系统算法设计过于复杂，对应的工作量和耗时就比较多，实时性便无法保证，因此特征维度应该适中，使整体算法流程不至于过于复杂，在保证识别准确性的同时确保跟踪的实时性。颜色特征是物体最基本的特征之一，基于颜色特征的目标跟踪算法计算复杂度时钟，具有良好的实时性与可分辨性，并且同类目标的可靠性高，因此本系统算法采用基于颜色特征的目标追踪算法。1.3.2系统识别与跟踪的算法流程系统识别与追踪的算法实现流程：首先通过摄像头采集图像数据，经过滤波处理后，对图像数据作二值化处理，之后通过按键提取颜色，作为匹配模板，将下一帧的像素点与匹配模板作比较，所得颜色识别结果一部分发送到VGA验证，另外一部分先通过形态学滤波作预处理，去噪后进行中心点计算，输出到跟踪模块，追踪模块通过PID反馈控制舵机完成对目标的追踪。图1.3系统跟踪算法实现流程1.4系统硬件选取与搭建上文已介绍了图像处理模块平台FPGA的选择过程，其余模块硬件选取思路如下：1.4.1图像采集模块的选取与实现该模块作为整个系统的输入，通过FPGA采集图像数据，再将图像数据输入搭配LCD驱动进行输出显示，下面对摄像头型号的选取及图像采集进行介绍。摄像头根据图像处理传感器所用材料不同可分为CCD和CMOS两种，其中CMOS传感器因为其价格低廉，开发简单，功耗低等优势，在目前市场中已占据绝大部分份额。根据对比分析，本系统最终采用ov5640CMOS传感器。OV5640是一个低功耗、高性能、1/4英寸、且五百万像素（帧率可达到15fps）的CMOS图像传感器，它提供了单芯片以OmniBSI技术封装而成的五百万像素（2592*1944）摄像头的全部功能，而且还有一个可通过相机串行接口（SCCB），它还具有摄像头功能，提供了全帧、采样、窗口化、任意缩放的多种格式的8比特或者10比特的图像数据。在做图像采集时，首先对摄像头初始化，使其输出格式为RGB565，在vivado平台中编写对应代码，根据行场同步信号生成相应的地址与写使能信号，之后打包成IP核。IP核封装如下：图1.4图像采集IP核1.4.2图像显示模块的选取与实现图像显示模块是将经过处理后的图像作可视化显示，根据显示结果来评价目标跟踪的效果。本系统选择Thinkvision液晶显示屏，最高显示分辨率为1920*1080，通