基于FPGA的船載視頻光電跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、船載視頻光電跟蹤系統(tǒng)可用于海洋資源環(huán)境檢測(cè)，海洋救援，能夠?qū)Ｃ娴涂諜C(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行搜索、監(jiān)控和跟蹤，也可作為艦載武器系統(tǒng)的輔助設(shè)施。它是海洋艦船的必備利器，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。本文以 FPGA為核心處理器，著重突出整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，完成了基于FPGA的船載視頻光電跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明確，外圍PCB電路少，集成度高，目標(biāo)識(shí)別率好，跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定，具有一定的工程意義。
　　論文首先對(duì) FPGA數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流

2、程做了簡(jiǎn)要概述，然后根據(jù)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程對(duì)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)劃分為兩大部分：視頻圖像處理部分和伺服電機(jī)控制部分。最后論文在總體設(shè)計(jì)的框架下，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了理論研究并且最終在FPGA中實(shí)現(xiàn)。
　　在視頻圖像處理方面，論文分析了常見濾波算法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用快速中值濾波算法進(jìn)行圖像濾波處理，實(shí)驗(yàn)證明該算法對(duì)椒鹽噪聲具有良好的濾波效果。論文比較了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤算法，重點(diǎn)對(duì)模板相關(guān)匹配算法原理進(jìn)行了探究。為了解決模板匹

3、配算法中的搜索過程繁瑣，效率低的問題，論文改進(jìn)搜索策略，設(shè)計(jì)出了基于RGB顏色特征匹配的質(zhì)心跟蹤算法，并在FPGA中得以實(shí)現(xiàn)。算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，搜索速度快，效率高，并且具有較強(qiáng)抗干擾能力。
　　在伺服控制方面，論文首先對(duì)伺服電機(jī)控制做了數(shù)學(xué)建模分析，詳述了四象限二維自動(dòng)跟蹤控制以及搖桿手動(dòng)控制原理，并且在FPGA中實(shí)現(xiàn)了功能設(shè)計(jì)。考慮到海浪的影響，論文簡(jiǎn)要做了船體受海浪擾動(dòng)模型分析，并且設(shè)計(jì)出了基于陀螺和電位器信號(hào)的穩(wěn)定控制模塊。測(cè)試

4、發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在受到擾動(dòng)時(shí)可以達(dá)到一定的穩(wěn)定效果。
　　論文分別給出了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和海上實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的工作。VGA顯示器可以實(shí)時(shí)顯示視頻畫面，搖桿能夠控制光電跟蹤平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在目標(biāo)低速運(yùn)動(dòng)情況下，捕獲目標(biāo)后，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤目標(biāo)。在640×480視頻圖像分辨率下，方位電機(jī)跟蹤精度為80±10個(gè)像素點(diǎn)，最大跟蹤角速度30°/s，俯仰方向跟蹤誤差為50±10像素點(diǎn)，最大跟蹤角速度10°/s，目標(biāo)識(shí)別的