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CCD成像制导物理仿真实验系统的设计与实现

徐伟捷  
【摘要】: 本文的主要研究对象是一个基于数字图像处理的CCD成像制导物理仿真实 验系统的设计。本设计根据物理仿真实验系统的特定要求,对该物理仿真实验 系统,分别从系统实现的理论分析和实际物理仿真系统的设计及其实现两个方 面做了系统深入的研究。具体工作包括了对整个物理仿真实验系统的系统总体 框架设计、数字图像处理的算法设计、计算机视频处理的实现、成像系统以及 伺服系统的实现、直至最后对系统性能的分析等各个方面的深入细致的研究。 本数字图像处理的CCD成像制导物理仿真实验系统的设计正是基于对目 标成像制导的研究的要求,由西北工业大学导航,制导与控制实验室的成像制 导识别跟踪实验项目提出来的。 要对于图像目标进行识别、捕捉和跟踪,首先必须了解并实现数字图像的 获取。我采用的是固态电荷耦合器件(CCD)来对目标图像成像的,根据CCD 的采样原理,通过数字图像采集卡,我们直接获取经过数字化处理的一帧一帧 的数字视频图像。因为我们首先考虑只采用计算机及其软件来实现其整个处理 过程,并且要求是实时处理,起初我们对视频处理时考虑隔2到3帧取一帧处 理,从而可以大大的减少计算量,增强实时跟踪能力。但是,后来通过采用方 便有效的快速算法,目标的识别基本上是根据视频采集卡的采集速度进行处理 的。该采集速度可以通过程序软设定,我设为15帧/秒的视频采集和处理的速 度。 其次,由于物体与摄像机的相对运动,以及CCD器件采样和采集卡传输 存在噪声,对图像线性度有着不可忽视的影响。我们对视频图像建模以后,用 低频滤波器去除高频分量,从而减少图像中的噪声。这一部分工作,主要是构 造一个平滑模板。 平滑模板的构造对于我们后来的目标检测也有重要意义。因为,目标图像 的灰度值与背景存在较明显的区别时,我们只要采用阈值法就可以获取目标图 像。阈值选取见如下示意图: 摘 耍 然后,对目标图像提取特征后进行分割,编写程序锁定目标,计算目标与 摄像机角度的偏差,设计算法来对目标随动跟踪。 最后是鳖个系统的硬件实现,包括控制目标运动功放电路及计算机控制指 令的实现;控制安装了摄像机的转台在两个自由度内的运动的功放及计算机控 制指令的实现。 综上所述,本数字图仪处理的CCD成俗制导物理仿真实验系统的设计, 在一定程度上澜足了成像制导中对数字图像处理研究和实验的要求;积极探讨 了关于成像制导的目标识别与图像分割、特征提取的实现;并且验证了阈值法 及形心跟踪的控制算法,基本实现了阂值法的对于静止目标对象的自适应识别 晒值和动态目标的固定阑值的目标担索以及目标锁定、跟踪。该系统的实现为 进一步探索成像制导的控制方法,提供了一个初步的理论基础,并在通过这个 物理实验系统给出了一个成像制导的解决方案,具有一定的实际意义;对于进 一步棵讨数字图像处理的研究和Windo’s下的实时的视频图像处理也有一定 的参考和借鉴价值。


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