基于LabVIEW的运动目标跟踪系统
【摘要】：
随着数字信号处理技术的发展，图像目标跟踪技术的实用性和灵活性等优势都逐渐凸现出来。运动目标跟踪是图像处理与计算机视觉研究领域中的一个非常活跃的分支，在国民经济和军事领域的许多方面有着广泛的应用，例如自动跟踪摄影，物料中异物的筛选等。为满足实际应用的需要，设计并实现了基于LabVIEW的运动目标跟踪系统。
运动目标检测是指在运动图像序列中进行某一特别特征的识别。文中对目标检测的常用方法如时间差分法、背景去除法、光流法和模板匹配法等进行了深入分析和研究，在比较各种算法优缺点的基础上，提出了基于LabVIEW开发平台，采用模板匹配方法设计运动目标监视跟踪系统的解决方案。
根据需求设计了系统硬件、软件和控制执行机构。
系统的硬件部分采用美国ATMEL公司生产的AT89C2051单片机作为核心控制器，通过RS-232C协议接收PC机的控制命令，采用三端可调正稳压器LM317和数字电位器X9312调节直流电动机的电压。应用达林顿管UNL2003驱动继电器开关进行直流电动机的启动、停止以及转动方向的控制。
系统的软件设计分为上位机软件和单片机程序设计两个部分。上位机软件以NI公司的LabVIEW开发环境为基础，应用视频捕获软件CapturePRO、视频开发包IMAQ Vision、以及PID控制工具包实现了图像采集、模型匹配、控制算法等功能。单片机程序设计部分采用C语言实现了串行接口通信、判断电动机转动方向、调节电动机电压大小和转动限位保护等功能。
系统具有结构简单、运行可靠、图形界面友好和操作灵活等特点。系统经过调试表明，能够实现快速的目标识别和模型匹配，效果良好。在一定条件下可准确实时的完成运动目标的监视跟踪，达到了预期的效果。
【关键词】：LabVIEW 目标跟踪 图像采集 模型匹配 【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP391.41
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.034536
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-12
- 1.1 课题研究的背景和意义9-10
- 1.2 国内外研究现状10-11
- 1.3 本文主要内容11-12
- 2 运动目标跟踪方法12-19
- 2.1 图像预处理12-13
- 2.2 运动目标检测算法概述13-16
- 2.2.1 时间差分法14
- 2.2.2 背景去除法14-15
- 2.2.3 光流法15-16
- 2.2.4 模板匹配法16
- 2.3 模板匹配的基本原理和方法16-18
- 2.3.1 模板匹配的原理16-17
- 2.3.2 模板匹配方法17-18
- 2.5 小结18-19
- 3 运动目标跟踪系统设计方案19-27
- 3.1 运动目标跟踪系统的功能19-20
- 3.2 系统的硬件平台20-22
- 3.2.1 CCD摄像机20-21
- 3.2.2 单片机及外围控制电路21
- 3.2.3 无刷直流电动机21-22
- 3.3 系统软件平台22-26
- 3.3.1 LabVIEW集成开发环境22-23
- 3.3.2 视觉开发模块IMAQ Vision23-25
- 3.3.3 视频捕获开发包 CapturePRO 3.025-26
- 3.3.4 Lab VIEW PID控制工具包26
- 3.4 小结26-27
- 4 系统硬件设计27-36
- 4.1 系统硬件结构设计27
- 4.2 单片机模块27-29
- 4.3 调压模块29-32
- 4.4 电源模块32
- 4.5 继电器与电动机转动模块32-33
- 4.6 串行通信模块33-34
- 4.7 硬件抗干扰技术34-35
- 4.8 小结35-36
- 5 系统软件设计及实现36-54
- 5.1 图像采集36-39
- 5.1.1 Lab VIEW中ActiveX技术应用36-37
- 5.1.2 应用CapturePRO 3.0实现图像采集37-39
- 5.2 模型匹配39-43
- 5.2.1 应用IMAQ Vision进行视觉开发39-41
- 5.2.2 学习和匹配搜索模块的软件实现41-42
- 5.2.3 用中值滤波对目标图像进行预处理42-43
- 5.3 控制模块43-47
- 5.3.1 PID控制器43-44
- 5.3.2 自动控制44-45
- 5.3.3 手动控制45-47
- 5.4 应用VISA进行串行通信47-48
- 5.4.1 虚拟仪器软件架构VISAA47
- 5.4.2 运用VISA开发串口通信程序47-48
- 5.5 上位机用户操作界面程序实现48-50
- 5.6 下位机软件设计50-53
- 5.6.1 下位机软件功能及流程50-51
- 5.6.2 PID控制时单片机程序的实现51-52
- 5.6.3 手动控制时单片机程序的实现52-53
- 5.7 小结53-54
- 6 运动目标跟踪系统的测试54-57
- 6.1 系统调试54-56
- 6.1.1 转动执行平台的安装54-55
- 6.1.3 系统软件调试55-56
- 6.2 系统测试结果56-57
- 结论57-58
- 参考文献58-60
- 附录A 系统硬件电路原理图60-61
- 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
- 致谢62-63
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