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系統識別號 U0026-0812200915350359
論文名稱(中文) 以視覺為基礎之複雜背景下物體追蹤控制系統之設計與實現
論文名稱(英文) Design and Implementation of Visual-Based Tracking Control Systems in Complex Background
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) 蔡任右
研究生(英文) Jen-Yu Tsai
電子信箱 n9696106@mail.ncku.edu.tw
學號 n9696106
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 138頁
口試委員 口試委員-陳信助
指導教授-何明字
口試委員-林鐘烲
口試委員-楊松霈
口試委員-蕭霖癸
中文關鍵字 視覺  複雜背景  可程式邏輯閘陣列  數位訊號處理 
英文關鍵字 Visual  Complex Background  FPGA  DSP 
學科別分類
中文摘要 本論文的主要目的是研究以視覺為基礎,建構出複雜背景下物體追蹤控制系統。其中利用視覺來感測出目標物在空間中的位置,並控制馬達來追蹤目標物。整個系統主要分為影像處理模組、影像感測器和追蹤控制器部份,其中,影像處理模組部份主要是以可程式邏輯閘陣列(field programmable gate array, FPGA)來完成;影像感測器則是採用CMOS黑白影像感測器;而追蹤控制器部份是以數位訊號處理器為控制核心。在移動物體偵測的方法上,本論文採用了連通物件標記法(connected component labeling)及面積濾波(size filter),而這兩種方法應用上容易因影像雜訊太多而產生誤差,為了解決這個問題,本論文嘗試以中值濾波器(median filter)與形態學濾波器(morphological filter)來抑制影像雜訊之影響。經過分析及驗證後,本論文證實了演算法的可行性。
英文摘要 The objective of this thesis is to develop a tracking control system based on visual measurement in complex background. A visual system is used to measure the position of the target object and then the motor is used to track the target object. The system consists of an image processing module, image sensor, and tracking controller. In this system, the image processing module is implemented on an FPGA device. The image sensor is a CMOS camera. Besides, the tracking controller is implemented on a digital signal processor. The connected component labeling and size filter methods are used to detect the moving object. However, these methods easily cause errors due to the noise of the image. In order to overcome this difficulty, the median filter and the morphological filter are used to attenuate the effect of the image noise. The system is developed and proven to function well through simulation and experiments.
論文目次 目 錄
頁次
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章 緒論 1-1
1-1 研究背景 1-1
1-2 研究動機及目的 1-1
1-3 研究步驟 1-2
1-4 文獻探討 1-5
1-5 本實驗室之相關成果 1-5
1-6 論文結構 1-6
第二章 相機模型與相機參數估測 2-1
2-1 前言 2-1
2-2 數位影像處理簡介 2-1
2-3 針孔成像模型 2-5
2-4 相機內部參數 2-7
2-5 相機規格介紹 2-13
2-6 相機內部參數估測 2-14
第三章 影像處理演算法 3-1
3-1 前言 3-1
3-2 物體偵測流程規劃 3-1
3-2-1 影像二值化 3-2
3-2-2 影像雜訊 3-3
3-2-2-1 影像濾波器 3-5
3-2-2-2 中值濾波器 3-8
3-2-2-3 形態學濾波器 3-9
3-2-3 連通物件標記法 3-12
3-2-4 面積濾波 3-14
3-3 物體在影像平面上的座標之計算 3-16
3-4 影像處理流程規劃 3-18
第四章 系統數學模型與控制器設計 4-1
4-1 前言 4-1
4-2 永磁式直流馬達數學模型之建立 4-1
4-3 永磁式直流馬達參數識別 4-4
4-4 控制器設計 4-10
第五章 系統硬體平台架構 5-1
5-1 前言 5-1
5-2 系統架構 5-1
5-3 周邊硬體電路規格 5-4
5-3-1 影像感測器 5-4
5-3-2 解碼電路設計 5-9
5-3-3 PWM驅動電路 5-11
5-3-4 旋轉型光學編碼器 5-13
5-3-5 外部記憶體 5-14
第六章 系統核心晶片與影像處理系統實現 6-1
6-1 前言 6-1
6-2 Cyclone EP1C12Q240C6 FPGA 6-1
6-3 數位信號處理器 6-3
6-3-1 TMS320F2812核心 6-3
6-3-1-1 PWM介面 6-4
6-3-1-2 QEP模組簡介 6-8
6-4 FPGA內部模組規劃 6-9
6-4-1 濾波遮罩模組 6-17
6-4-1-1 FIFO (First In First Out )之暫存器介紹 6-17
6-4-1-2 濾波遮罩 6-18
6-4-2 影像處理模組的硬體實現 6-19
6-4-2-1 傳統中值濾波器模組的硬體實現 6-19
6-4-2-2 快速中值濾波器模組的硬體實現 6-22
6-4-2-3 形態學濾波器模組的硬體實現 6-24
6-4-2-4 面積濾波模組 6-26
6-5 軟體程式 6-29
6-5-1 Code Composer Studio簡介 6-29
6-5-2 Quartus II簡介 6-29
第七章 實驗結果 7-1
7-1 前言 7-1
7-2 系統之硬體架設 7-1
7-3 實驗結果 7-2
第八章 結論與未來展望 8-1
8-1 結論 8-1
8-2 未來展望 8-1
參考文獻
附錄A 圖A-1 PWM驅動電路
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論文全文使用權限
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