基于嵌入式PIC32單片機的目標(biāo)檢測與跟蹤系統(tǒng)

通過借鑒嵌入式系統(tǒng)在電子技術(shù)、信號處理以及計算機等領(lǐng)域應(yīng)用的成功經(jīng)驗，在分析目標(biāo)檢測與跟蹤算法的基礎(chǔ)上，將目標(biāo)檢測與跟蹤算法與嵌入式技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計一種基于嵌入式PIC32單片機的目標(biāo)檢測與跟蹤系統(tǒng)，可以實現(xiàn)目標(biāo)檢測跟蹤系統(tǒng)的小型化，智能化，并以具體飛行目標(biāo)為例進行了目標(biāo)的識別和跟蹤。

研究目的

隨著現(xiàn)代社會對軍用和民用設(shè)備需求的不斷擴大及要求的不斷提高，運動目標(biāo)的識別和跟蹤技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展成為現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域中一項非常重要的技術(shù)，也是無人機野外戰(zhàn)場偵察技術(shù)中的重點和難點，并在許多領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著不可替代的作用。目前，基于PC 機的目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)已趨于成熟，但其在嵌入式平臺的應(yīng)用研究還處于初級階段。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小巧，便于攜帶等一系列PC 機無法替代的優(yōu)點，因此如何對飛行目標(biāo)進行有效檢測和跟蹤并且在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)是目前急需解決的課題。針對以上問題本文設(shè)計了一個基于嵌入式的目標(biāo)檢測與跟蹤系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有體積小、實時性好并且可對運動目標(biāo)進行有效實時跟蹤的特點。也為開展實時化微型化的嵌入式機器視覺系統(tǒng)的研究進行了有益的嘗試。

系統(tǒng)總體方案

本課題研究的是無人機在復(fù)雜背景環(huán)境下對目標(biāo)的檢測和跟蹤的嵌入式實現(xiàn)問題，目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)是利用一個可移動的圖像處理設(shè)備實現(xiàn)圖像中運動物體的檢測和跟蹤，解決了軍用和工業(yè)等方面發(fā)展對目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的小型化要求。

1.主要研究以下方面的內(nèi)容：

（1）嵌入式視覺跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計

嵌入式平臺是解決實時性和小型化的有效途徑，采用基于PIC32的嵌入式平臺的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的解決方案可以滿足設(shè)備功能的要求。

針對小型化的實際需求，本系統(tǒng)采用USB攝像頭作為采集目標(biāo)圖像的設(shè)備，采用PIC32內(nèi)核開發(fā)板作為中央控制器，以及云臺、云臺控制器等外圍設(shè)備，形成完整的視覺反饋跟蹤系統(tǒng)。

（2）嵌入式視覺跟蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計

針對被跟蹤目標(biāo)的特點，設(shè)計實時識別與跟蹤算法，利用嵌入式系統(tǒng)軟件MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境具體開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收，特征識別和反饋控制等軟件模塊，采用MPLAB C32 C編譯器將目標(biāo)跟蹤的算法編譯實現(xiàn)，實現(xiàn)對運動目標(biāo)的識別與跟蹤。

（3）仿真實驗，調(diào)試

在設(shè)計好的嵌入式實驗平臺上進行跟蹤實驗，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，直到測試跟蹤的效果達到預(yù)期的要求。

2 研究方案

根據(jù)以上研究內(nèi)容，將目標(biāo)的檢測和跟蹤方案的嵌入式實現(xiàn)分成硬件和軟件兩部分。

嵌入式視覺跟蹤系統(tǒng)的硬件方案：

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。在PIC32嵌入式系統(tǒng)平臺上移植并配置MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境，針對平臺和應(yīng)用的特點，制作合適的文件系統(tǒng)，編寫應(yīng)用程序。運動目標(biāo)經(jīng)USB攝像頭實時采集后，送入PIC32處理器，利用嵌入式處理器的強大運算能力，對采集到的圖像進行處理，完成目標(biāo)識別與定位，并控制云臺控制器，調(diào)整攝像頭位姿，使攝像頭對準(zhǔn)運動目標(biāo)，實現(xiàn)實時跟蹤。實時性好和體積小巧是本嵌入式跟蹤系統(tǒng)追求的目標(biāo)。

嵌入式視覺跟蹤系統(tǒng)的軟件方案：

（1）MPLAB C32 C編譯器

C 代碼應(yīng)用程序：32 位語言工具庫位于MPLAB C32 C 編譯器安裝目錄的pIC32mx\lib 子目錄中，默認(rèn)情況下存放在：C:\Program Files\Microchip\MPLAB C32\pic32mx\lib可以通過MPLAB C32 鏈接器將這些庫直接鏈接到應(yīng)用程序中。

（2）啟動代碼

為初始化數(shù)據(jù)存儲器中的變量，鏈接器創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)初始化映像。這個映像必須在啟動時、在應(yīng)用程序正確獲取控制權(quán)之前復(fù)制到RAM 中。crt0.o 中的啟動代碼執(zhí)行運行時環(huán)境的初始化。

（3）32 位外設(shè)函數(shù)庫

32 位軟件和硬件外設(shè)函數(shù)庫為設(shè)置和控制32 位外設(shè)提供了函數(shù)和宏。 這些庫是特定于處理器的，形式為libmchp_peripheral_Device.a，其中Device 為32 位器件型號。

（4）標(biāo)準(zhǔn)C 函數(shù)庫（包含數(shù)學(xué)函數(shù)）

提供了一套完整的符合ANSI-89 的庫。 標(biāo)準(zhǔn)的C 語言庫文件是libc.a （由MIPS Technologies 編寫）、libe.a 和libm.a。一個典型的C 應(yīng)用程序必須包含全部這三個庫，這三個庫在默認(rèn)情況下就被鏈接進來，無需用戶指定。