DSP6713 I2C传输例子

该软件可用于理想气体和非理想气体物性参数的计算

单片机控制的太阳能充电器(硬件).单片机控制硬件电路设计中国矿业大学毕业设计任务书学院信电学院专业年级电气工程与自动化2005-1学生姓名ⅩXⅩ任务下达日期:2009年2月16日毕业设计日期:2009年2月16囗至2009年6月20口毕业设计题目:单片机控制的太阳能充电器(硬件)毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求:(1)主观上能以认真的态度对待毕业设计;(2)能积极主动与教师联系;们n豆丁(3)具有较强的动手能力4)掌握太阳能电池板的工作原理和蓄电池充电方法5)掌握51系列单片机的使用;(6)完成 Protel制作的单片机控制的太阳能充电器的原理图;om7)完成与毕业设计内容有关的英文翻译(近三年的文献),不少于3000汉字;8)完成毕业设计论文。院长签字指导教师签字:摘要在污染和能源口趋紧张的背景下,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有储量大、利用经济、清洁环保等优点。因此,太阳能的利用越来越受到人们的重视。本文试图设计一种切实可行的太阳能充电控制器,通过对蓄电池充电,满足小功率的用户需求。本文重点研究了用AT89S52实现太阳能充电控制技术。详细介绍了100瓦太阳能电池板向12伏蓄电池充电的太阳能控制器硬件系统,包括系统的硬件电路设计、各部分电路的功能、工作原理和电子元器件型号的选取。硬件系统由直流稳压电源电路,AD实现对蓄电池端电压的动态监测及转换、AT89S52控制以及输出继电器开关电路四个部分组成,完成了整个太阳能充电控制器电路原理图的设计和制作。用 PROTEUS仿真软件进行了电路仿真,并且制作了相应的电路板但是由于时间关系,没能完成实物的实验测试。本文还对太阳能电池的结构原理、太阳能电池板的伏安特性、常用的铅酸蓄电池原理及工作情况作了详细介绍,并在此基础上介绍常用的蓄电池充电方法关键词:太阳能;蓄电池;充电控制:AT89S52;ADC0809godIn. comABSTRACTAgainst the background of energy shortage and its pollution, solar energy as a newkind of energy has a lot of advantages such as large reserves, economic, cleanliness andso on. So, people begin to pay more attention to the use of solar energy. The paperdesigns a feasible solar energy charging controller and storage batteries are charged tomeet the needs of low-power usersThis article focuses on the use of single-chip realization of solar charge controltechnology. 100-watt solar panels to 12-volt solar battery charge controller hardwaresystem is detailed, including system hardware circuit design, the various parts of thecircuit functions, working principles and models of selected electronic componentsHardware system is composed of four parts, which are DC regulated power supplycircuit, A/D to achieve on the battery terminal voltage of the dynamic monitoring andconversion, at89S52 relay control and output switching circuit. And finish the entiresolar charge controller circuit schematic design and production. PROTEUS Simulationwith circuit simulation software was accomplished, and a corresponding circuit boardwas produced. However, due to time constraints, failed to complete the kind ofexperimental test.In this paper, also the structure of the principle of solar cells, solar panels of theVolta metric characteristics of lead-acid batteries commonly used in the work ofprinciple was detailed, and the basis of methods commonly used on rechargeablebatteries was introducedKey words: solar; battery; charge control; AT89S52; ADC0809目录摘要…ABSTRACTi1绪论南·.非非。和着非和,着g非串,非串;自自非市非非非审库非非自非非着南。非非着,非自非非,非串;非非着非非串非非南非自非即自,自自自自非1.1课题研究背景1.1.1当前面临的能源和环境问题.…….1.1.2太阳能的开发和利用113光伏发电的特点12蓄电池充电系统121充电器的发展及其简单的类型1.22太阳能充电器123334513本课题研究的主要内容·::·:··中::;:丰中:·:·丰····和·丰2太阳能电池的研究和分析……21太阳能电池的原理22太阳能电池的分类623太阳能电池的等效电路中中++·+++··++++++++++··+·+·"+++++++;·+++++++++·++**+++++++++2.4太阳能电池板的输出特性及影响因素241光伏电池的主要参数…788242太阳的光照强度对光伏电池转换效率的影响24.3温度对光伏电池输出特性的影响10244本系统所采用的光伏电池.1125本章小结…123蓄电池133.1蓄电池的概念及其一般特性3.1.1电池的定义3.1.2主要参数指标133.1.3充放电特性11353.2铅酸蓄电池……....1632.1铅酸蓄电池的电极反应.…3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性重重申自日非1833太阳能—蓄电池充电技术研究203.3.1恒流充电203.3.2恒压充电……:丰·;·中·421333恒压限流充电223.34两阶段、三阶段充电……123.35快速充电223.3.6智能充电2334本章小结·*+“··+**·*·中····*·“····234太阳能充电控制器的研究及设计…244.1太阳能充电器原理非自非·非申申着非非和自非非自非非非自非非自自自自着,申申非非非·自非非非非非非自着非非自非24411主控芯片的设计··········*···:·-·······+··244_1.2模数转换模块ADC0809简介*·“········*·中···**··+···2841.3电源模块的设计丰申丰丰中非丰:丰…30414分频器的设计3041.5外围电路的设计30416ADC0809与AT89S52接口,324.1.774LS00···:····申42单片机的防干扰技术··+++·+·+++··+·中+·“·+“+··+····+····+·+“·+++“·++·+“++++“··++·*····++354,2.1干扰分析··**·*·······*·····*··························**···**·*···**··········*····354,22硬件抗干扰方法3643系统的软件设计概述3744本章小结·甲····中·39结论…4.051全文工作总结aa,a,,aa,;,a,a,;a,aa。 nnnnnnn0nnnnnnnDnD,a,a;,a,,申;*。aaaa;a·4052进一步工作设想致谢重非南42参考文献43翻译部分.·“···中·“·45中文译文…··中+中··中···+···"·······45英文原文.1153www.docin.com中国矿业大学2009届本科生毕业设计第1页1绪论1课题研究背景11前面临的能源和环境问题1234能源犹如人体的血液。能量以电的形式出现,是现代社会文明的重要标志和基础,“电力技术是通向可持续发展的桥梁”这个论断已经成为共识。人们总是尽可能把一次能源转换为电能使用,电力在终端能源中的比例正在不断提高。但是随着电能利用比例的提高,也带来了很多的问题。方面,用于发电的传统一次能源如煤、石油等的储藏量有限。随着经济的发展、人口的增加,目前人类所利用的石油、天然气和煤炭等化石能源正在逐步消耗,能源危机已经展现在人类面前。根据目前所探明的储量和消费量计算,石油可用40多年,天然气可用60多年,煤可用200年左右。中国的能源资源储量情况更是危机逼人,中国各种一次能源资源均低于世界平均水平,中国的能源需求面临着更严重的挑战。国家1999年政府白皮书估计,目前我国石油可供开采20年;天然气可供开采60年;煤炭剩余量稍显富裕,但可供开采不足百年。而且随着科技的进一步发展、人口的持续增长等,整个世界面临着能源需求量成倍增长的挑战。另一方面,成倍的能源供应的背后蕴藏着巨大的危害,并且其影响越来越大,这就是由此带来的环境问题。当前,化石燃料的燃烧已经给人们的生活环境带来严重的挑战:大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高,由此带来的直接灾难就是酸雨,在严重被污染的大气中人类和其他生物的健康遭受着痛苦的折磨:大量碳化物的燃烧使得大气中的二氧化碳浓度持续增加,温室效应越趋明显,并且这种势头正在延续,由此带来的直接灾难就是大气变暖、水平面上升等。这种由环境污染衍生的环境效应具有滞后性,往往在污染发生的当时不容易被察觉或预料到,然而一旦发生就表示环境污染已经发展到相当严重的地步。环境污染所带来的最直接、最容易被人们所感受的后果就是使人类环境的质量下降,影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。如不采取积极措施,保护生态环境,将会严重威胁到人类社会的生存空间。随着经济和贸易的全球化,环境污染也日益呈现国际化趋势。因此,无论是从确保长期的能源供应,还是从保护环境的角度岀发,开发利用取之不竭而又没有公害的新能源己是势在必行。由此在开发和使用能源的同时,保护好人类赖以生存的地球环境与生态已经成为一个全球性的重要问题。因此节约能源、发展清洁干净的新能源和再生能源是势在必行的。12太阳能的开发和利用42学209届本科生毕业设计中国矿业大第2页正如上面所说的一样,能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,21世纪是世界能源结构发生巨大变革的世纪。当前,包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日益枯竭和全球环境的不断恶化,传统能源(如煤、石油、天然气等)的供给已出现严重短缺局面,人类开始将目光转向可再生能源的发展。大规模地开发利用可再生洁净能源,以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性的能源结构代替以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构己成为人们关注的焦点。虽然在可预见的将来,煤炭、石油、天然气等矿物燃料,仍将在世界能源结构中占有柑当的比重,但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视,在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。在未来的一段时间内,可再生能源将能够与矿物燃料相抗衡,从而结束矿物燃料一统天下的局面。其中,可再生能源主要有以下几个方面:①太阳能:据天文物理学家的计算表明,太阳系还能存在45亿年,太阳每年辐射到地球的总能量相当于人类能源消耗的1.2万倍。②氢能源:利用自然界大量存在的水,由电解水产生氢,或者由太阳能光催化水分解氢。③风力发电、小水电与潮汐发电:可提供可观的电力。④生物能:包括城市垃圾的转化、人类粪便的转化等。这些能源原本是人类的废弃物所转化过来的,只要有人类的存在,就会有生物能,所以这种能源也可以说是用之不竭的。⑤核能:与传统能源的发电厂相比,核能的利用率较高,对环境的污染小,并且使用核燃料的成本远远低于传统燃料的成本,而核燃料所释放岀来的能量却远远高于传统能源所释放出来的能量。其中,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,与其他新能源相比利用最大,是最理想的可再生能源。特别是近几十年来,随着科学技术的不断进步,太阳能及其相关产业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点:①存储量巨大:太阳能是取之不尽的可再生能源,可利用量巨大。太阳放射的总辐射能量大约是375×1030W,是极其巨大的。其中到达地球的能量高达173×104KW,穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为81×103KW。在到达地球表面的太阳辐射能中,到达地球陆地表面的辐射能大约为17×103w,相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。太阳的寿命至少尚有40亿年,相对于人类历史来说,太阳可源源不断供给地球能源的时间可以说是无限的。中国矿业大学2009届本科生毕业设计第3页②取之不尽,不需要开采和运输。③清洁无污染,无任何物质的排放,既不会留下污染物,也不会向大气中排放废气。113光伏发电的特点1443太阳能利用可分为热利用和光伏发电两种方式,热利用主要在采暖领域多,形式比较单一;而光伏发电可以把太阳能转换为当今最普遍的能源利用形式电能,从而具有热利用不可比拟的优势。太阳能发电又分为光电发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用光伏电池这种半导体器件吸收太阳光辐射,使之转化成电能的直接发电形式,光伏发电当今太阳能发电的主流。与常规发电和其他绿色发电技术相比,光伏发电系统具有如下的优势:①是真正的无污染排放、不破坏环境的可持续发展的绿色能源。太阳能不用燃料,运行成本很小,并且发电部件不易损坏,维护简单;②利用的场合广泛和灵活,既可以独立于电网运行,也可以与电网并行运行;③可作为电力用户供电可靠或提高电能质量的不停电电源;④接近负载中心,减少电网的线损;⑤发电的效率不随发电规模的大小而变;⑥就地可去,无需运输。光伏发电系统建设周期短,由于是模块化安装,不仅可用于小到太阳能计算器的几个毫伏,大到数十兆瓦的光伏电站,而且可以根据负荷的增减,任意添加或减少太阳电池容量,既方便灵活,又避免了浪费。由于太阳能存在上述的优势,光伏发电在世界范围內受到高度的重视,发展很快。但是,目前光伏发电与电网供电的比较,光伏发电价格还比较高,不过其维修费用很少,随着发电量的增加,其价格会下降,优势才逐渐体现出来12蓄电池充电系统2-3121充电器的发展及其简单的类型充电方式的选择直接影响着电池的使用效率和使用寿命,充电技术近年来发展非常迅速。充电器的发展经历了三个阶段限流限压式充电器最原始的就是限压式充电,然后过渡到限流限压式充电,它使用的方式就是浅充浅放,其寿命表述就是时问间,没有次数,比如10年。这种充电模式的效果较差②恒流限压式充电器

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LabWindowsCVI6.0编程指南日录第1章绪论简介程序开发概述在中使用语言的程序结构的新特性装第2章 Labwindows/CVⅥI的开发环境载入、运行和编辑源程序的主要窗口源代码编辑工具操作用户界面的控件生成交互式代码访问用户界面库函数面板执行和调试程序单步执行断点显示和编辑数据第3章 Labwindows/CV应用程序设计38图形用户界面用户界面编辑器源代码连接代码生成器建立用户界面文件仗用函数面板和函数库源代码分析生成随机数组构建⊥程运行完整的工程添加分析功能修改用户界面编写回调函数运行程序用户事件处理用户事件回调函数第4章基本函数库用户界面库(面板()操作用户界面管理(菜单结构(控件曲线图带状图()操作弹出面板函数格式化输入输出斥(文件输入输出(字符串处理(数据格式化(实用函数库(定时等待(日期时间(文件应用(路径应用(端口(函数库接口介绍函数库概述编程举例第5章高级函数库116高级分析库概述应用实例斥网络化仪器协议与库服务器程序设计客户程序设计介绍发送数据程序设计接收数据程序设计工具厍(L具斥简介密码设计工具条设计分页界面设计系统托盘设计第6章数据库应用程序开发— SQL Toolkit183概述功能概述的安装入门数据库基木概念结构化查询语言控件数据库基本操作数据库操作基木步骤使用的函数库数据斥高级操作设置连接属性设置语句属性操作复合语句第7章高级程序设计230和的基础知识创建和调试使用概述编程实例多线程概述两种多线程机制多线稈间的数据保护防止死锁监视和控制次线程线程的优先级线程局部变量其它一些要注意的问题第8章 ActiveX技术261技术简介使用控件设计带有控件的应用程序需要注意的问题创建服务器应用程序、对象和接口创建服务器工具生成的代码库—服务器函数联编并发布服务器注册线程模式调试服务器些建议、提示和技巧第9章虚拟仪器软件设计301虚拟仪器概述规范规范概述虚拟仪器软件结构仪器驱动程序开发仪器驱动程序模型函数的应用函数面板的设计动态链接库的牛成仪器软面板的设计仪器软血板软面板的设计叫执行文件的生成帮助文件的制作安装盘的制作规范的安装要求制作安装盘驱动程序仪器可互换性驱动程序的结构驱动程序的其他功能驱动程序开发向导驱动程序与驱动程序附录A函数Fmt、Scan的标识符和修饰符附录BS叫L命令348虚拟仪器软件开发环境—一编程指南第1章绪论是公司美国国家仪器公司,简称公司推出的交互式语言开发平台。将功能强大、使用灵活的语言平台与用于数据采集分析和显示的测控专业L具有机地结合起来,利用它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和卡富的库函数大大增强了语言的功能,为熟悉语言的开发设计人员编写检测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统等应用软件提供了一个理想的软件廾发坯境。考虑到人多数测控软件设计人员已经掌握了语言,因此本书的重点放在如何使用的编程环境和应用开发测控应用程序上。本书使用的版本是1.1 Labwindows/CV简介是为语言程序员提供的软件开发系统,在其交互式开发环境中编写的程序必须符合标准规范。使用可以完成如下工作:交互式的程厅开发;只有功能强大的函数库,用来创建数据米集和仪器控制的应用程序充分利用宄备的软件工具进行数据采集、分析和显示利用向导开发仪器驱动程序和创建服务器为其它程序开发目标模块、动态连接库)、语言库。在开发环境中可以利用其提供的库函数来实现程序设计、编辑、编译、链接和标准语言程序调试。在该丌发环垙中可以用丰富的函数库来编写程序,此外每个函数都有一个叫做函数面板()的交互式操作界面,在函数面板中可以执行该函数并可以生成调用该函数的代码,也可通过右击面板或控件获得有关函数、参数、函数类和函数库的帮助。在的交互式环境中编写程序必须符合标准语言的规范。另外,在开发应用程序时可以使用编译好的语言目标模块,动态链接库静态库和仪器驱动程序(如何在中载入目标模块和动态链接斥将在第章介绍)。的功能强大在于它提供了丰富的函数库。利用这些库函数除可实现常规的程序设计外,还可实现更加复杂的数据采集和仪器控制系统的廾发。其中比较重要的函数库如图所示仪器库是的特殊资源。它包括和仪器的驱动程序,如示波器、多用表和函数发生器,每个驱动程序都提供可编辑的源代码。使用开发工只提供的库函数可以创建自己的仪器驱动程序,可以创建单个仪器、多个仪器或实际上并不存在的虚拟仪器的驱动程序,在创建仪器驱动程序过程中可以虚拟仪器软件开发环境—一编程指南仪器库厍数据采集库数据采集厍格式化和厍数据分析分析库高级分析库函数库数据表示用户界面库动态数据交换厍网络和进程通讯传输控制协议库库标准凶数库的函数厍使用的其它库函数(本书在第章将介绍仪器驱动程序的开发)。使用的用户界面编辑器可以创建并编辑图形用户界面,而使用的用户界面库函数可以在程序中创建并控制。此外,为面板的设计,准备了许多专业控件,如:曲线图控件、带状图控件、表头、旋钮和指示灯等,以适应测控系统软件开发的需求,利用这些控件可以设计出专业的测控程序界面1.2 Labwindows/GVI程序开发概述在下开发应用程序和使用其它语言和开发环境一样,要保持良好的编程习惯。例如,在编写代码之前要改计程序的功能结构,冋时在代码中要有良好的文档和注释,这些可以帮助你更好的进行管理程序的开发。1.2.1在 Labwindows/cV中使用C语言使用的是语言,并且为仪器方面的应用程序开发增加了许多语言所不具备的功能。在使用之前,需要有语言的基础,在中可以使用它提供的标准厍函数。1.2.2 Labwindows/GVI的程序结构大多数工程测控软件都包含如下内容虚拟仪器软件开发环境—一编程指南用户界面程序控制:数据采集数据分析它们之间的相互关系如图所示。图是应用程序的组成示意图。其中,用户界面、数据呆集和数据分析部分将必要的信息输入给程序控制部分进行处理,每个部分还可再分成若干个子部件用户界面数据采集数据分析面板格式化菜单数字信号处理对话框统计朴学图表数据采集曲线拟合硬拷贝输出仪器驱动程序数组操作程序控制控制逻辑数据存储图应用程序各部分的相互关系用户界面用用户界面编辑器能轻松地建立复杂的交互式面板。设计的过程中,开发人员常常要确定程序如何获取并显示薮据,对菜单、面板、控件和对话框如何操作等问题,因此用户界面自然成为程序设计的起点二、代码生成器生成程序框架在用户界面绽辑器中完成设计后,能够使用代码生成器自动生成基于组件的程序框架。代码生成器自动写出所有控件的回调函数的框架,创建主程序,从而在程序启动时加载并显示窗体。代码编辑器自动生成程序的通用代码,从而节省了人量的程序开发时间。、程序控制程序控制部分同薮据采集、数据分析和用户界面协调运作。它包括管理程序流程的控虚拟仪器软件开发环境—一编程指南制逻辑和用户定义的支持函数。大多数控制程序的代码是手写完成的,学习软件光盘中所提供的例稈,能够很好理解如何编写测控稈序的代码。注意例程中回调函数的使用,它可以大大简化应用流程的控制四、数据采集通常的测控程序必须对从仪器或数据采集()设备的数据采集进行控制,程序的其它部分是对这些数据进行分析和显示各种库提供用来创建数据采集部分的函数,用这些库函数控制和设备以及的数据采集设备。此外,仪器斥包括多种常用的和仪器的驱动程序。五、数据分析获取数据后经常需要进行分析。例如,可能要对数据进行格式化、归一化、信号处理、统计和曲线拟合。格式化和库、分析库高级分析库提供了完成这些操作的函数。1.3 LabWindows/CVI6.0的新特性和以前的版本相比有一些改进,并增添了一些功能:用户可以在用户界面编辑器中创建控件,并在的程序中对它进行控制,本书将在第章“使用控件”中介绍用户可以用中的向导创建或者编辑服务器,本书将在第章“创建服务器”中介绍。用户界面厍中包含了一系列新的搾件。另外,对先前版本原有的搾件和菜单也进行了修改,使其更加接近标准的控件,的控件将在第章的的控件”中介绍支持多字节字符的应用。另外,现在的标准库和仪器驱动程序的上具箱包含了用户可以调用的函数和宏,用户可以用它们实现包含多字节字符的语句。在源程序中书写中文不会像先前的版本那样出现乱码。源代码浏览器列出了程序中的所有的文件、函数、变量、数据类型以及宏。用户可以用这个浏览器了解到程序的一个部分如何与另一个部分相互作用,本书将在第章“源代码编辑工具”中介绍这部分内容。用户可以用图形数组浏览窗∏作为调试上具,以图形方式观察生成的维或二维数组,该部分内容将在第章“显示和编辑数据”中介绍。在中,用户可以将多个工程分组到一个工作台。所有关于工程的外来设置都受工作台的保护。使用工作台,使得在同一源代码设置下的多个开发人员更容易共享工程。用户可以在用户界面编辑器中俣存预宄设置好的用户界面控件,以后可以在用户界面面板中使用,本书将在第章“的控件”中介绍

【实例简介】数字下变频在接收系统的数字化和软件化过程中起到了至关重要的作用。该文研究了高倍抽取的数字下变频设计,重 点分析了基于级联积分梳状滤波器和级联半带滤波器的多级抽样频率算法。采用最新的设计软件 Systemgenerator软件可以 方便地在MATLAB中实现算法仿真并可生成 FPGA芯片的下载文件,简化了设计流程,降低了开发成本和周期。提出了一种 基于计算机 ISA总线的系统验证方法。用 Systemgenerator设计和仿真基于 FPGA芯片的的硬件设计有效地验证了算法并降 低了试验成本,是一种好方法。

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基于视频的移动目标检测是一个重要且有挑战性的任务，在许多应用中都起到相当关键的作用。本次论文研读围绕该主题展开，深入阅读了十余篇论文，在本文总结了视频中移动目标检测的一些主要方法及各自的优劣。报告接下来的部分组织如下:第二节介绍一般问题的陈述及典型的应用,第三节与第四节分别介绍基于像素的移动目标检测方法与基于区域的移动目标检测方法,第五节进行简单的讨论与总结。2问题陈述及应用一般而言移动目标检测并不单独地构成应用,而是作为一个组件出现在许多实际的应用之中。故移动目标检测的具体要求随着应用的改变而有很大的不同。例如对足球场上球员及足球的检测与跟踪就和对视频中用户手势的跟踪有所不同,前者的关键在于如何应对复杂的光照变化有效提取运动物体,后者的难点则在于如何从整个躯休大范围的运动背景中将手势的运动识别并提取出来。尽管不同的应用可能提出不同的技术上的要求,但是相当一部分这类问题还是可以在同一的框架下进行探讨和比较的。以下就是本文讨论范围内一般问题的陈述( Figure1):a.高层次的模型一般具有检测、跟踪、识别三个模块,其中识别模块并不必须b.检测模块可细分为移动日标区域检测与移动目标分组,其中前者是这个模块能够顺利工作的保证,其日的是将各帧内移动日标所在的区域标出该模型的输入为连续的视频,输出为跟踪的物体(即轨迹)或分类的物体,DetectioTrackingbackgroundObject detectionMatching usingFramescolor texture andTrackedsubtractionusing contoursmotion featuresobiectsGr。 up handling(merging andlittonFigure1系统框架图中即为一个典型的流程图,其中省略了分类模块并把运动目标区域检测规定为背景差分方法。该模型的典型应用场景是室内外的视频监视分析( Figure2),特别是交通数据的分析。另外体育运动视频(如足球或台球)的分析也能在该模型下解决。Figure2移动目标检测的典型应用:视频监控本文讨论的就是这样一个系统之中移动目标检测部分内容,并且将重点放在了如何判定移动目标区域的部分。这是这样的系统中的最初的处理,对于之后的处理能否获得有效的信息至关重要。该内容主要涉及两个问题:如何提取运动的前景,及如何建立一个良好的背景模型。后者一般并不是应用任务中所要求完成的,但往往是用以提取运动前景很好辅助工具,将新的一帧“减去”背景即可获得移动前景,故同时具有这两个步骤的方法也被称为“背景差分”,是移动目标检测中的一大类主流方法,本报告中涉及的大部分方法即属于这一类3基于像素的移动目标检测31均值-阈限方法均值-阈限( Figure3)的基本思路是计算每个像素的平均值和标准差作为它的背景模型Mean 2*Avg DiffMean”Mean-2*Avg DiffFigure3均值-國限方法4图中为某视频中单个像素在一定时间内不断更新得到的平均值和平均差值3,该像素处在天空的位置,在一段时问后有人的手挥过该区域,可以看到由于前景目标明显不如背景中的天空明亮,所以可以很容易将其分辨出来实际上均值-阈限方法就是赋予视频中每个像素一个统计上的背景模型,例如高斯分布模型4。每个点需要两个参数来衡量:均值与方差。后面将看到,许多更先进的棊于像素的移动目标检测方法其实无非采用了更复杂的分布模型来描述每个像素32阴影去除及三高斯模型简单的帧差值或均值-阈限方法在很多应川中都面临一个很严重的问题:阴影。在某些光照条件下,移动物体产生的阴影相对背景具有非常显著的差别从而被识别成了前景,有时这些阴影比物体本身还人,并且导致原本独立的运动物体连接在一起无法分割。一种简单的思路是放弃使用灰度值进行背景建模,而采用颜色信息从而将阴影的移动去除掉。这类方法需要一条假设:移动目标投射到路面上的阴影主要改变了该位置的亮度而对色度没有大的影响°。部分情况下确实可以承认该假设。在不同的颜色模型下有不同提取亮度信息的方式。在HSV等空间中这个任务尤为简单,因为亮度本身就是一个独立的分量,所以在该分量以外的维度上进行背景建模与差分就能消除一定的阴影。如果在常用的RGB颜色空间中,亮度的提取就稍微复杂倒。Figure4RGB空间中的亮度与色度3类似标准差的作用,但是计算更快捷。C.R. Wren, A Azarbayejani, T. Darrell, and A P Pentland "pfinder Real-Time Tracking of the human body lEEETrans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 19, no. 7, pp. 780-785, July 1997J.M. Alvarez, A Lopez, and r Baldrich, " Illuminant-Invariant Model-Based Road Segmentation",IEEE IntelligentVehicles Symposium, June 20085将一个像素的颜色值在RGB三维空间中表示( Figure4),背景建模就是确定了穿过原点的一条色度直线,所有在该直线上的颜色都认为是背景色。当前颜色相对参考颜色(背景)的亮度分量a1由最小化下式给出:φ(a;)=(l1-c1E)2a2表示该像素当前值相对参考背景色的相对亮度。如果其值为1则代表亮度相同,大于1代表比背景更亮,小于1代表比背景更培当前颜色到色度直线的垂直距离就表小色度的偏离:CD1=‖l2-aE1‖(3)利用色度与亮度的偏离值就可以将新的颜色值分为四个类别Forground: CDi> IcD or ai> Alow, elseM()Back ground:aτa2else(4)ShadowelseHighlightotherwise其中CD2与a分别代表均一化之后的两个偏离分量。这些方强烈依赖于上面提到的假设:阴影仅仅改变背景亮度而不改变色度。但是这个假设实际上并不总是有效,很多时候还需要更复杂的方法达到去除阴影,鉴别真正移动目标的目的。三高斯模型4就是针对去除阴影的考虑提出的。这个模型中采用三个高斯分布相结合( Figure5)对各像素进行建模。三个高斯成分分别为:道路、运动前景及阴影。这三个成分组合成为了完整的混合模型(b)和印甲品f叫intersity valeFigure5三个高斯分布相结合6此方法之后面临的主要问题是如何通过一定时间的学习获得每个高斯分布的参数从而建立有效的模型。相关文献中提出采用EM算法( ExpectationMaximization Algorithm)进行学习。EM算法是一个迭代的算法,通过有限步的迭代就能够获得较好的模型估计。一般而言,为了从一个数据集中获得该数据集满足的混合分布,可以采用最大后验概率估计的方法进行估计,但是这样的方法需要关于每个数据分类的信息(即每个值属于哪个类别)。然而在移动目标检测过程中往往都是无监督的学习从而不可能获得这样的分类信息,而只能自动设定个预先的分类,然后通过迭代不断改进,这就是EM算法的基本思路另外,由于各点的数据是不断改变的,于是采川原始的EM算法对每一帧都进行重复的迭代既不必要也不现实,可以采用EM算法的一个变种:增量EM算法33高斯混合模型(GMM331背景建虞在某些场景之下,采用三个高斯分布的混合模型仍然无法有效地描述复杂的现实环境,于是髙斯混合模型四被提出了。高髙斯混合模型采用类似3.2中三个髙斯模型的思路,希望采用多个高斯分布相结合的方法来描述环境。与前面的模型不同的是,现在高斯分布的个数不是固定的一个或三个了,而是随着各个像素实际的需要动态地进行设定。另外该方法也放弃采用费时的EM算法而采用更快捷的方式进行背景建模与更新。假设已知像素(xo,y)在过去一段时间中的颜色值或灰度值{X1,…,X}={(xo,yo,):1≤i≤t(5)若由K个高斯分布的高斯混合模型对该像素进行建模,则新观察到一个颜色值或灰度值的概率为P(x1)=)o*n(x,,E(6)在RGB等彩色空间中为了简化计算可以采用如下公式k,t7)A Dempster, N. Laird, and D. Rubin, "Maximum Likelihood from Incomplete Data via the EM algorithm", Journalof the Royal Statistical Society, pp. 1-38, 1977这个公式假设了各个颜色分量是相互独立的。尽管事实并不如此,但这样计算在保留充分的精确性的同时大大降低了计算复杂性。这样每个像素就采用κ个峰的髙斯混合模型完成了建模。剩余的问题同样是如何对模型中的各个参数进行估计,以及如何判别前景。3.3.2背景更新背景更新大致有这几个步骤:a.每一个新的值都与所有K个高斯分布进行匹配,直到找到充分吻合的分布(判断方式与均值-阈限方法类似)b.若新的值与所有K个分布都不接近,则将K个分布中权值最小的一个替换成一个新的分布,该分布以新的值为均值,并且具有很高的初始方差和很低的初始权重;C.若新的值与某个分布充分接近,则认为其属于该分布并更新各个分布的权值及参数Ort=(1-aOKt-1+aM(8)=(1-p)ut-1+p·X(9)=(1-p)21+p(X-1)(x-2)(10)here(kok(11)其中(8)式中Mkt对于匹配上的分布唯1,对于其他分布为0α表示适应性的强弱,α越大,给予新的值的权重越大,也就适应得越快;(9)式(10)式仅针对匹配上的分布,而其他分布的参数保持不表3.3.3前景检测运动前景的检测主要有以下几个步骤a.对所有的高斯分布按照ω/σ进行从大到小的排序;b.取前B个高斯分布,满足B= argminkT(12)k=其中T表示背景应该占的比重,如果T取得较小则类似于前面介绍的均值阈限模型,T取得较大则允许背景有更丰富的特性,如随风摆动的树叶或水面的波纹等等。C.如果当前出现的新的值并不符合这B个高斯分布,则认为是运动的前景,否则认为是背景。34非参数模型341背景建模为了能够更快速地适应变化的背景,并且保证对移动物体的敏感性,马里兰大学A. Elgammal等人提岀采用非参数的模型四对各个像素进行建模。该方法并不指定确切模型形式,而釆用核旳数来利用历史薮据建立模型。在釆用高斯核的情况下,一个颜色出现的概率’∑K(x-x∑∏1(13)2这样实际上就是对考虑范围内所有的历史值都建立一个高斯分布,并利用所有这些分布对当前值进行分析。由于高斯分布的假设,故(x1+1-x1)~N(0272),于是可以估计方差(14)0.68V2其中m是|x+1-xl的中位数。号外由于在这种方法下需要大量计算核函数的值,故可以预先计算出一定精度的核函数数据表,通过查表的方法大大加快计算的速度。实验表明这样的方法在一般的PC机上是可以达到实时的计算要求的。34.2减少错误检测为了降低由于局部抖动(如树叶抖动、摄像机抖动)带来的错误检测,该方法利用了一定的区域信息。原先的P(x1)现在改用Pm(x代替PN(t= maxyEN(x)Prix Byy(15)此处N(x)指该像索周围的一个小区域,B指像素y对应的背景模型。这样就充分降低了由于小范围抖动导致的错误检测。7该式成立仍然需要假设各个颜色分量相互独京。9该方法需要维护两个背景模型:长期模型及短期模型。其中短期的模型是为了能够快速适应变化的背景而提出的,仅利用相当短的一段历史值建立模型,另外该模型采用选择更新机制(仅对判定属于背景的值进行更新);长期的模型在相当长的时间内通过盲更新机制(对所有值进行更新)获得。两个模型判定结果的交集能够进一步降低错误的检测,但同时也去除了部分实际上是移动目标的部分。最终采用的策略为:所有由短期模型检测出来,并且与两个模型判定结果交集相邻的像素被视作运动的前景3.4.3去除阴景这个方法同样提到了去除阴影的问题( Figure6)采用RGB颜色模型的一个变种表示颜色:RBR+G+B·9=R+G+Bb=R+G+B′(16)s=RtG+B(17)令A为某个像素在一定时间内的取值,而定义B如下B={x1|x∈A≤≤阝(18)其含义就是该像素过去的背景取值中与当前值亮度接近的值的集合利用B中的值在(r,g)二维空间上进行上述的背景建模及前景检测,就能很有效地消除检测的阴影。Figure6非参数模型下的阴影去除4基于区域的移动目标检测从上面的介绍的方法来看,建立的背景模型越来越复杂:高斯分布的个数从一个到三个,再到K个,再到每个历史值各一个。这样的背景模型已经具有了高度的复杂性,但是在有些应用环境下效果仍然并不理想。反思一下这些方法的特点,仅仅利用各个像素的独立信息而没有考虑像素之间的关联性是键的原因。其实在3.42中采用方法实际上已经开始尝试以局部区域作为考虑问题的范围,