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系統識別號 U0026-0812200915162302
論文名稱(中文) 以CamShift演算法為基礎之目標物即時影像追蹤系統設計與實現
論文名稱(英文) Design of Real-Time Object Tracking System Using CamShift Algorithm
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 黃俊霖
研究生(英文) Chun-lin Huang
電子信箱 n9696101@mail.ncku.edu.tw
學號 n9696101
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 44頁
口試委員 指導教授-廖德祿
口試委員-林瑞昇
口試委員-顏錦柱
中文關鍵字 目標物追蹤  移動物偵測  USB介面  白平衡 
英文關鍵字 USB Interface  CamShift  Lam  Object Tracking 
學科別分類
中文摘要 視覺是人類最先進的感官,所以影像在人的感知上扮演著極為重要的角色;隨著電腦科技不斷的進步,影像處理的技術也日益的成熟。但過往移動物的偵測與追蹤皆以定點式攝影機為主;當移動物移出鏡頭外,便無法再進行追蹤,為改善此項缺點,以及減少攝影死角,本論文提出目標物即時影像追蹤系統,由一8051架構且具USB2.0功能的MCU以GPIO擷取PAS6311 CMOS Sensor的Bayer矩陣資料,透過USB2.0的BULK傳輸模式送至電腦端,以雙線性內插法,還原成彩色影像資料;再透過Lam自動白平衡演算法,修正影像顏色,並藉由邊緣化與影像相減等方法計算出移動物座標。而針對移動物座標周圍,利用HSV 色彩模型之H(色相)分析其顏色直方圖並計算出顏色分佈機率函數,再透過CamShift演算法對該移動物之顏色進行追蹤。最後由電腦端透過USB下達移動命令給MCU驅動3顆直流馬達,分別為上下、左右與飛彈發射功能,藉此達到移動物追蹤並攻擊的效果;經驗證後確實可以有效偵測移動物並進行追蹤。
英文摘要 Vision was the most advanced sense of human, and it holds a very responsible sense for image capture. Computer techno is moving forward, the technical innovations in image process was maturity, but not completed. In convention, most image target detecting and tracking was based on build-in video camera. Unfortunately, it will inactive when the target out of the shoot. This thesis addressed one real-time target tracking system methodology for improving the tracking dead-zone. Whole system integrates embedded USB 2.0 engine 8051-based MCU, PAS6311LT CMOS image sensor, 3-dimensions DC motor driving controller and addressed image processing algorithm. In the hardware driving part, MCU captures the digital image data and passes through to computer via USB interface channel. Major image processing and tracking algorithm implementation was based on computer (includes Bayer pattern transfer, bilinear interpolation, Lam auto white balance, HSV color space analyze and CamShift algorithm, etc.) This thesis applies addressed methodology in a “Launching-Pads” module to verify the performance, from exprimental, addressed methodology is proved to work well and effective.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄索引 VI
圖目錄索引 VII
第一章 緒論 1
第1-1節 研究動機與目的 1
第1-2節 論文架構 2
第二章 相關知識與概念 3
第2-1節 USB高速介面 3
第2-2節 USB沿革 3
第2-3節 USB介面特性 3
第2-4節 USB 的傳輸架構 4
第2-5節 USB傳輸模式 4
第2-6節 HSV色彩空間 6
第2-7節 Sobel影像邊緣化 7
第2-8節 膨脹與侵蝕處理 9
第2-8-1節 影像膨脹處理 9
第2-8-2節 影像侵蝕處理 10
第三章 系統硬體分析與設計 11
第3-1節 硬體控制核心 - FS7805 11
第3-2節 影像擷取系統 - PAS6311LT 12
第3-2-1節 PAS6311LT相關控制接腳 13
表3-1 控制接腳 13
表3-2 信號輸出接腳 14
第3-3節 FS7805對PAS6311LT的控制與整合 15
第3-4節 建立USB傳輸平台 17
第3-5節 韌體設計與硬體整合 17
第3-6節 砲台控制與馬達趨動電路 18
表3-3 馬達動作真值表 19
第四章 系統軟體整合與分析 20
第4-1節 系統架構 20
第4-2節 貝爾矩陣與雙線性內插法 21
第4-3節 移動物偵測方法 22
第4-3-1節 光流法(Optical Flow Method) 23
第4-3-2節 運動能量法(Motion Energy Method) 23
第4-3-3節 背景相減法 25
第4-3-4節 適應性移動物偵測 26
第4-4節 白平衡演算法 27
第4-4-2節 PRA (Perfect Reflector Assumption)演算法 28
第4-4-3節 Lam演算法 29
第4-5節 CamShift演算法 30
第4-5-1節 顏色分佈機率計算 32
第4-5-2節 顏色質量中心與區域計算 32
第五章 系統整合實現與測試 34
第5-1節 系統實現 34
第5-2節 系統連線測試 35
第5-3節 GUI人機介面的介紹 36
表5-1 相關視窗說明 38
第5-4節 系統測試與實驗結果 39
第5-4-1節 手動模式 39
第5-4-2節 自動模式 40
第六章 結論與未來展望 43
參考文獻 44


表目錄索引
表3-1 控制接腳 13
表3-2 信號輸出接腳 14
表3-3 馬達動作真值表 19
表5-1 相關視窗說明 38

圖目錄索引
圖2.1 USB的匯流排架構 4
圖2.2 HSV色彩模型 7
圖2.3 以 為中心之 梯度遮罩圖 8
圖2.4 方向 Sobel 遮罩係數 8
圖2.5 方向 Sobel 遮罩係數 8
圖2.6 影像邊緣化運算 9
圖2.7 影像遮罩 9
圖2.8 影像膨脹運算 10
圖2.9 影像侵蝕運算 10
圖2.10 透過膨脹侵蝕濾除雜訊成果 10
圖3.1 FS7805晶片系統架構圖 11
圖3.2 濾光片感測 R、G、B 像素值 12
圖3.4 PAS6311LT 運算方塊圖 13
圖3.5 PAS6311LT接腳圖 14
圖3.6 PAS6311LT輸出時序圖 14
圖3.7 FS7805與PAS6311LT 控制相關接腳圖 15
圖3.8 影像輸出波形 16
圖3.9 以FS7805完成巨量傳輸流程圖 16
圖3.10 資料傳輸與馬達控制可執行時間 17
圖3.11 韌體程式規劃流程圖 18
圖3.12 直流馬達單電源正反轉電路 19
圖3.13 馬達驅動電路實現圖 19
圖4.1 系統架構圖 20
圖4.2 軟體程式流程圖 21
圖4.3 貝爾矩陣圖形 22
圖4.4 貝爾矩陣內插還原圖 22
圖4.5 運動能量法模擬 24
圖4.6 運動能量法加時間梯度與空間梯度補償 24
圖4.7 背景相減法 25
圖4.8 適應性移動物檢測 26
圖4.9 移動物重心計算成果 27
圖4.10 Lam白平衡演算法運算成果 30
圖4.11 CamShift 動作流程圖 31
圖4.12 色彩概率分佈運算圖 32
圖4.13 CamShift 運算結果 33
圖5.1 即時影像追蹤系統 34
圖5.2 Windows偵測到即時影像追蹤系統硬體裝置 35
圖5.3 裝置相關資訊 36
圖5.4 啟動即時影像處理系統 37
圖5.5 選取感興趣之目標物 39
圖5.6 直方圖顏色分析成果 39
圖5.7 感興趣目標物追蹤(一) 40
圖5.8 感興趣目標物追蹤(二) 40
圖5.9 自動模式測試成效圖 41
圖5.10 自動模式測試-偵測移動物 42
圖5.11 自動模式測試-計算移動物中心 42
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2014-07-15起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2014-07-15起公開。


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