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基于立体视觉的目标定位跟踪系统的研究与开发

作　者: 赵吉增
导　师: 徐敏
学　校: 江西理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 双目立体视觉目标跟踪与定位 DSP运动控制
分类号: TP242.62
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

机器视觉是机器人智能化的关键要素之一，对机器人的智能化水平起决定作用。而动态目标跟踪与定位是把图像处理、自动控制、信息学等技术有机结合起来的从图像信息中快速地检测出运动目标，提取目标空间位置信息并实时地跟踪运动目标的技术，是机器视觉领域的关键技术。在查阅大量资料的基础上，本文重点对双目立体视觉和伺服运动控制进行了系统研究，并在此基础上设计了一套基于立体视觉的三维运动平台动态目标定位跟踪控制系统，在此系统上可以实现机器人视觉定位跟踪与伺服运动系统的整合研究，具体工作包括以下几个方面：1、根据研究目的与实际的设备环境，利用Bumblebee2工业数字双目相机、高精度XYZ三维运动平台、工控机、DSP运动控制卡、泰科IDM640-8EIA直流伺服驱动器等搭建双目立体视觉目标跟踪系统，完成了三维空间动态目标跟踪任务。2、在确定双目立体视觉动态跟踪系统总体方案的基础上，对现有的跟踪算法进行了总结，特别分析了基于颜色直方图的CamShift算法。研究了基于双目立体视觉的目标检测方法，采用双目立体摄像机对处于复杂静止背景下的运动目标进行检测、特征提取以及跟踪。利用视差原理获取跟踪目标的空间坐标信息，研究了基于立体视觉的目标跟踪与空间三维坐标定位的方法，并探索实现了目标跟踪与空间三维定位技术的结合，最终获得了目标物的准确跟踪轨迹以及目标物的空间三维坐标。3、研究了基于DSP的开发式多轴运动控制器及常用的插补算法，以DSP2812+CPLD为处理核心组建直流伺服控制系统。在通过立体摄像机计算获得目标物的空间三维坐标信息并限幅、优化后，利用微小直线插补算法驱动XYZ三维运动平台实现空间任意轨迹运动。4、利用面向对象开发与实现技术，选择C语言及VS2010+MFC开发环境，设计开发了图像采集、目标跟踪、空间坐标计算以及运动平台控制软件。同时利用六自由度机械手规划目标物的准确运动轨迹，进而实现运动平台末端指针对目标物的动态跟踪。本论文的研究工作得到厦门市科技计划项目（3502Z20113038）的资助，论文的研究工作对于提高视觉定位与跟踪的研究具有一定的推动作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 双目立体视觉的研究与发展  10-12
  1.3 目标检测及跟踪技术的发展现状  12-13
  1.4 运动控制器概述  13-15
  1.5 视觉伺服技术的发展  15-17
  1.6 论文课题来源及研究内容  17-18
第二章视觉跟踪定位的分析与实现  18-34
  2.1 颜色空间  18-21
    2.1.1 常用颜色空间类型  18-20
    2.1.2 颜色模型的转换  20-21
  2.2 Camshift 算法原理  21-23
  2.3 跟踪算法的实现  23-25
  2.4 三维坐标的计算  25-29
  2.5 实验分析  29-33
    2.5.1 硬件设备  29-30
    2.5.2 跟踪定位实验测试  30-33
  2.6 小结  33-34
第三章运动控制系统设计  34-49
  3.1 运动控制系统简介  34-36
  3.2 运动控制系统的闭环控制  36-37
  3.3 基于 DSP 的运动控制系统设计  37-45
    3.3.1 运动控制器的设计  38-42
    3.3.2 软件设计  42-45
  3.4 系统测试  45-48
  3.5 小结  48-49
第四章定位跟踪系统的组建与测试  49-59
  4.1 系统硬件组成  49-50
  4.2 系统软件开发  50-54
  4.3 实验测试  54-57
  4.4 小结  57-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 论文总结  59
  5.2 工作展望  59-61
参考文献  61-64
个人简介及读研期间发表的论文  64-65
致谢  65

基于立体视觉的目标定位跟踪系统的研究与开发

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