多目标视觉定位系统的设计与实现

【摘要】屏幕定位技术广泛应用于电子白板、平板电脑等设备上，用以实现触控、书写等操作，用户通过手指即可与设备交互，这使得产品的设计更加简洁，操作更加方便。但传统的屏幕定位技术大多只能实现单点触控，产品设计缺乏交互的智能性和自然性。屏幕多点定位技术的出现打破了这一局限，它使多点触控和多人操作设备成为可能。作为一种高效的交互方式，多点触控可以提供更多的操作和创新体验，目前正受到越来越多的关注，其在未来必将有巨大的发展潜力和应用前景。本文主要研究基于视觉的屏幕多点定位技术，并设计和实现了多目标视觉定位系统。系统将摄像头分组进行图像采集，主机接收并处理采集的图像，并使用一种多目标检测算法获取目标成像位置，再采用一种多目标定位模型计算位置坐标，最后基于全局最小距离法实现目标的跟踪。本文的主要工作如下：(1)设计系统的总体方案，搭建系统硬件开发平台。以红外成像模组为主要组件，构建了红外成像环境，并配置了图像传感器。以CY7C68013A为主控芯片设计了数据的控制传输模块，开发用于控制传输模块与其它模块通信的固件程序。配置USB驱动程序的引导文件，驱动硬件平台工作；(2)设计图像处理流程，包括减背景、均值滤波、阈值分割操作。在图像处理基础上，采用一种多目标检测方法，对目标图像进行矩形化处理并使用数组标记，根据标记结果计算目标成像位置，实现多个目标的快速检测；(3)研究多目标定位和跟踪算法。以交汇测量为基础，采用摄像头分组协同拍摄定位多个目标，并使用全局最小距离法实现多个目标的跟踪。为减小广角镜头畸变对定位精度的影响，还对镜头进行了畸变校正；(4)开发系统上位机程序，实现了设备识别、图像采集与传输、图像处理、目标检测、目标位置计算、目标跟踪、绘图等功能，使用绘图程序测试定位跟踪功能并分析系统的性能。本文的主要贡献及创新工作如下：(1)提出一种多目标图像检测方法。此方法对目标图像进行矩形化操作，以得到清晰图像边缘，并使用数组标记左右边界，再根据标记结果结合恰当的阈值，计算多个目标成像位置。此方法具有运算负荷小，响应时间短、对系统硬件要求低等特点，能够实现对多个目标的快速检测，适用于实时性要求较高系统；(2)提出一种多目标位置计算方法。该方法将多个摄像头中相邻的摄像头分组进行交汇测量，各组摄像头从多个角度协同拍摄，通过综合处理各组数据确定真实目标。此方法可有效解决目标遮挡问题，并能够剔除交汇测量产生的“假点”，实现了多个目标的准确定位。系统测试结果表明，本文所设计的系统可以实现多目标定位，且具有结构简单、成本低、定位精度较高、不受屏幕尺寸限制等优点，可为触摸屏多点定位提供一个优良的解决方案，具有一定的应用和参考价值。
【作者】周春雨；
【导师】孙晓颖；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】定位技术；多点触控；图像处理；交汇测量；目标检测；

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