基于fpga的船载视频光电跟踪系统设计

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1、硕士学位论文基于FPGA的船载视频光电跟踪系统设计DESIGNFORSHIPBORNEVIDEOELECTRO-OPTICALTRACKINGSYSTEMBASEDONFPGA罗涛哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN202学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于FPGA的船载视频光电跟踪系统设计硕士研究生：罗涛导师：田兆硕教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN202U.D.C

2、:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNFORSHIPBORNEVIDEOELECTRO-OPTICALTRACKINGSYSTEMBASEDONFPGACandidate：LuoTaoSupervisor：Prof.TianZhaoshuoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringAffiliation：SchoolofInformationan

3、dElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文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

4、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

5、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

6、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。关键词：FPGA；目标检测；船载视频；光电跟踪；伺服控制I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractShipbornevideosystemforphotoelectrictrackingcanbeu

7、sedindetectionofmarineresourcesandenvironmentandmarinerescue.Aswellassearch,monitoringandtrackofmaneuveringtargetsinlowaltitudemarinesurface.Itistheauxiliaryfacilityforcarrier-basedweaponsystemandtheindispensablepartforfleet.Italsohasimportantvalueforengineeringapplicatio

8、nandithaspotentialeconomicbenefits,so,theresearchisofgreatsignificance.Inthispaper,theFPGAisused