论文总字数：24769字

摘 要

当下科技发展速度越来越快，视频监控获得社会各界的重视，应用在现在的方方面面。本文对枪球联合人体跟踪系统进行了研究，实现了目标的实时跟踪和细节的获取。本系统由操控平台、目标检测、球机控制、硬件设备等部分组成，主要工作如下：

首先，对球机控制算法进行了研究。对传统PID控制算法和积分分离PID算法的控制效果进行了对比分析，通过反复仿真实验，结果表明积分分离PID算法控制效果较好。对积分分离PID算法的分离阈值进行了调整，实现了快速跟踪并且目标始终位于视场中心的功能。

其次，对硬件通信进行了设计。采用连续帧方式，使用视频采集卡完成对固定广角摄像机和PTZ摄像机视频的采集，并采用了串口方式完成PC机与PTZ摄像机的通信。使用.NET中SerialPort控件进行串口软件编程,针对数据传输速率和PC机处理速度不匹配的特点，采用数据缓冲区的方式接收球机返回的数据。

最后，对操控平台软件进行了设计与实现。本操控平台是在.NET的Windows Form上开发的应用程序。具体介绍了操控平台软件的程序结构，分析了各个多线程之间的同步与数据交互的问题，并把多线程思想应用在操控平台上。本系统界面由3个界面组成，详细地介绍了界面之间的通信方式。实验结果验证了本系统实现了自动控制模式下跟踪行人效果很好，手动控制模式下球机可以很好地完成用户操作。

关键词： 视频监控，多线程，Windows Form界面，目标跟踪，PID控制，通信设计

Abstract

With the improvement of people's safety awareness and the development of computer technology, video surveillance technology has been greatly appreciated and improved by the community. The technology is widely used in national economy, scientific research, aerospace, road transportation and other aspects. In this paper, the fixed camera and PTZ camera combined tracking human system is studied to achieve the goal of real-time tracking and target detail access. The system consists of manipulation platform, target detection, PTZ camera control, hardware equipment and other components, the main work is as follows:

Firstly, the control algorithm of PTZ camera is studied. The control effect of traditional PID control algorithm and integral separation PID algorithm are compared and analyzed. Through repeated simulation experiments, the result shows that the integral separation PID algorithm have better control effect. By adjusting the parameters of the control algorithm and the threshold of the integral separation PID algorithm, the system response speed is accelerated and the overshoot quantity is reduced.

Secondly, the hardware communication part of the system is designed. It mainly includes video capture, serial communication of computer and the PTZ camera. The steps of video capture and video coding are decomposed, and the instruction of serial communication command of the PTZ camera, the design of serial communication and communication buffer are achieved.

Finally, the design and achievement of the platform software are carried out. This console is an application developed on .NET's Windows Form. The program structure of the control platform software is introduced in detail, and the problems of data interaction between multi - threads are analyzed. Based on the system multi - tasks and real-time characteristics, the multi-threaded ideas are applied to the control platform. The system interface consists of three interfaces, a detailed description of the interface communication. After the analysis of the experimental results, it is verified that the system achieves the process of fixed camera and PTZ camera combined tracking human and the control effect is good.

KEY WORDS:Video surveillance,multi – thread,Windows Form interface, target tracking, PID control,communication design

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要工作 2

1.4 论文结构安排 2

第二章 总体方案概述 3

2.1 系统结构 3

2.2 硬件设备模块 3

2.3 软件设计概述 4

2.4 小结 7

第三章 球机跟踪控制算法 8

3.1 球机控制概述 8

3.2 数字PID控制器 9

3.2.1 常规PID控制 9

3.2.2 积分分离PID算法 10

3.3 实验结果和分析 10

3.4 小结 11

第四章 通信模块 12

4.1 视频采集 12

4.2 串口通信 13

4.2.1 通信协议 13

4.2.2 通信流程 15

4.2.3 串口缓冲区设计 16

4.3 小结 17

第五章 人机界面设计 18

5.1 应用程序结构 18

5.2 应用程序的多线程设计 19

5.3 人机界面的软件设计 19

5.3.1 界面组成 20

5.3.2 主界面与子界面的通信 21

5.3.3 主界面的软件设计 22

5.4 实验结果及分析 22

5.5 小结 28

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

致谢 30

参考文献 31

绪论

研究背景

人类认知外界社会绝大部分来自于视觉。机器视觉就是基于摄像机设备模拟人的视觉功能，再通过PC机实现人类视觉相关的一些智能行为^[1]。它从获取的图像中提取有效信息进行处理，从而用于实际检测和控制，机器视觉要求实时性与精度高，这项技术始于20世纪50年代，而它在上世纪90年代正式在我国应用^[2]。随着我国加工工业的蓬勃发展，现在在国民经济、科学研究、航空航天，公路交通，及军事国防等领域有着广泛应用^[3]。

随着机器视觉技术的发展，人们对自身安全的日益重视，视频监控领域得到越来越多的重视和研究。视频监控就是利用监控摄像头和计算机在底层程序上对感兴趣的运动对象进行检测、分类，在高层程序上对目标的行为进行识别、分析和理解^[4]。视频检测技术实现了对犯罪群体预防和检测，交通管制，大大提高了人们生活的安全感，具有很好的研究价值和应用前景。

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