基于FPGA的船載視頻光電跟蹤系統(tǒng)設計.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，海洋救援，能夠對海面低空機動目標進行搜索、監(jiān)控和跟蹤，也可作為艦載武器系統(tǒng)的輔助設施。它是海洋艦船的必備利器，具有重要的工程應用價值和潛在的經濟效益。本文以 FPGA為核心處理器，著重突出整個系統(tǒng)的設計過程，完成了基于FPGA的船載視頻光電跟蹤系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)結構設計明確，外圍PCB電路少，集成度高，目標識別率好，跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定，具有一定的工程意義。
　　論文首先對 FPGA數(shù)字系統(tǒng)設計流

2、程做了簡要概述，然后根據(jù)數(shù)字系統(tǒng)設計流程對跟蹤系統(tǒng)進行了頂層設計，將系統(tǒng)劃分為兩大部分：視頻圖像處理部分和伺服電機控制部分。最后論文在總體設計的框架下，對各個模塊進行了理論研究并且最終在FPGA中實現(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，采用快速中值濾波算法進行圖像濾波處理，實驗證明該算法對椒鹽噪聲具有良好的濾波效果。論文比較了傳統(tǒng)的運動目標識別與跟蹤算法，重點對模板相關匹配算法原理進行了探究。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，論文改進搜索策略，設計出了基于RGB顏色特征匹配的質心跟蹤算法，并在FPGA中得以實現(xiàn)。算法實現(xiàn)簡單，搜索速度快，效率高，并且具有較強抗干擾能力。
　　在伺服控制方面，論文首先對伺服電機控制做了數(shù)學建模分析，詳述了四象限二維自動跟蹤控制以及搖桿手動控制原理，并且在FPGA中實現(xiàn)了功能設計。考慮到海浪的影響，論文簡要做了船體受海浪擾動模型分析，并且設計出了基于陀螺和電位器信號的穩(wěn)定控制模塊。測試

4、發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在受到擾動時可以達到一定的穩(wěn)定效果。
　　論文分別給出了室內實驗測試和海上實驗測試的結果。實驗結果表明，系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的工作。VGA顯示器可以實時顯示視頻畫面，搖桿能夠控制光電跟蹤平臺的運動狀態(tài)。在目標低速運動情況下，捕獲目標后，系統(tǒng)能夠實時跟蹤目標。在640×480視頻圖像分辨率下，方位電機跟蹤精度為80±10個像素點，最大跟蹤角速度30°/s，俯仰方向跟蹤誤差為50±10像素點，最大跟蹤角速度10°/s，目標識別的