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基于超声电机的目标识别与跟踪系统

作　者: 顾文波
导　师: 黄卫清
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 超声电机 视频捕获 AVICap 图像处理 目标跟踪
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 127次
引　用: 1次
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内容摘要


行波型超声电机是上世纪八十年代发展起来的一种新型的能量转换装置。与电磁电机相比,它具有低速大转矩、动作响应快、定位精度高、断电自锁等特点,因此可直接驱动,无需减速装置,这使得系统结构简单、紧凑,控制方便。本文用两台行波型超声电机作为云台监视器的驱动部件实现平扫、俯仰两个自由度转动,用VC++开发的程序对摄像头捕获的图像进行处理,识别运动目标并计算其位置,用比较产生的误差信号来控制电机相应旋转,实现了在复杂背景下运动目标的实时跟踪。与以前研究设计的基于超声电机的目标视觉跟踪系统相比,本文主要做了以下几方面的改进:1.对超声电机结构进行了重新设计,使它更适用于云台的工作要求。新电机中采用了先进的柔性转子,提高了输出力矩;设计中调整了电机部分尺寸,并且柔性转子依靠自身的变形来提供预压力而不再使用压簧,减小了电机的体积;摄像头与俯仰电机用连接头进行连接,简化了原结构并且拆装更加方便。2.分析了原系统经常发生电机堵转和开机电机转速过快的原因,并针对这一问题提出了解决办法。通过采用带频率自动跟踪的驱动器,使电机能长时间维持在良好的性能下工作。3.对电机的控制也作了一些改进。通过改变电机的通断时间来控制电机的快慢,改善了系统的响应速度和跟踪精度。4.采用差分法对图像序列进行处理,实现了复杂背景下对运动目标的自动跟踪,解决了原系统只能在简单背景下进行目标跟踪的弊端。另外,系统中还增加了图片保存、视频压缩保存和自动报警等功能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章 绪论  14-20
  1.1 引言  14
  1.2 数字视频监控系统  14-16
  1.3 原有系统存在的问题  16-19
  1.4 本文的研究内容  19-20
第二章 行波电机的运动机理和控制方法  20-29
  2.1 超声电机的概述  20-22
    2.1.1 超声电机的特点  20-21
    2.1.2 超声电机的应用  21-22
    2.1.3 超声电机的分类  22
  2.2 行波型超声电机运动机理  22-26
    2.2.1 弹性体内行波的形成  23-24
    2.2.2 弹性体表面质点的椭圆运动  24-25
    2.2.3 压电陶瓷的极化和配置方式  25-26
    2.2.4 环型定子的两相弯曲振型  26
  2.3 行波型超声电机的调速方法和特点  26-29
    2.3.1 频率－转速特性  27
    2.3.2 电压－转速特性  27-28
    2.3.3 相位差－转速特性  28
    2.3.4 断续驱动特性  28-29
第三章 云台结构设计及性能测试  29-36
  3.1 系统简介  29
  3.2 结构设计  29-32
    3.2.1 行波型超声电机的基本结构  29-30
    3.2.2 电机结构设计  30-31
    3.2.3 云台结构设计  31-32
  3.3 电机的测试  32-36
    3.3.1 定子的扫频测试  32-34
    3.3.2 电机机械特性测试  34-36
第四章 视频捕获与图像处理  36-57
  4.1 数字图像的基本概念  36-38
  4.2 摄像头说明及其性能参数  38-40
  4.3 视频捕获  40-51
    4.3.1 VFW 简介  40-41
    4.3.2 AVICap 视频采集的结构  41
    4.3.3 AVICap 窗口类的功能  41-45
    4.3.4 实时视频捕获的编程实现  45-49
    4.3.5 视频图像数据的实时获取和格式  49-50
    4.3.6 图像数据的压缩与保存  50-51
  4.4 数字图像的处理  51-57
    4.4.1 为什么用C++来实现图像处理编程  51
    4.4.2 图像预处理  51-53
    4.4.3 运动目标的识别  53-57
第五章 系统控制  57-68
  5.1 电机堵转问题分析与解决  57-58
  5.2 电机驱动电路  58-59
  5.3 电机的计算机控制  59-61
    5.3.1 并口介绍  59-60
    5.3.2 并口的访问  60-61
    5.3.3 电机控制实现  61
  5.4 云台的手动控制  61-63
    5.4.1 面板控制  61-62
    5.4.2 键盘控制  62-63
  5.5 自动跟踪  63-66
    5.5.1 报警功能的实现  63-64
    5.5.2 目标位置的计算  64
    5.5.3 控制参数的求取和设置  64-66
  5.6 程序使用说明  66-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-72
致谢  72-73
在学期间的研究成果及发表的学术论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 其他
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