西安电子科技大学硕士学位论文基于Windows平台的高帧频场景产生系统的设计与实现姓名：刘健申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王军宁201202 随着军事和国防工业的发展，场景模拟产生技术越来越在相关领域得到重视。高帧频场景产生系统是利用计算机软件来模拟高速运动物体在某些环境中运动过硬件板卡上，最后以模拟图像信号的形式输出。该系统既可以直观的测试高速运动物体跟踪系统的性能，又可以免去人们大量的野外试验过程，节省了时间，降低了成本。场景产生系统上层应用程序的框架设计以及具体实现，分别利用蚔甆语言实现了系统的界面，以动态链接库形式实现了系统生成场景的核心部分。本场景产生 琲， ： 第一章绪论弟第一一早章三绪百论比场景产生技术概述为了评价与高帧频跟踪技术相关的目标检测、识别跟踪算法，可以直接用红济的，不仅因为性能较好的热象仪器价格昂贵，而且显而易见在实际的场景中要实验之前，用空间目标和场景的仿真系统，即场景产生系统来代替真实目标和场景，初步测试导引头识别跟踪处理机的各项性能指标，以便节省人力、物力和财场景产生系统是利用计算机产生出空间运动目标和场景的图像信息，所产生的图像信息可以模拟红外热象仪所获得的信息【】。由于计算机技术、高速大容量动态存贮器、以及适用于图形处理的高速微处理器的发展，二维图形产生和显示已发展到三维图形产生，所以产生空间运动目标和场景的图像并用于导引头信息机械模拟目标测试法尺寸和对比度的目标模型作直线或圆周运动，将摄像机摄取的目标图像送入电子跟踪器，最终实现对该目标的捕获和跟踪。机械模拟目标通常以一定色调的幕布或画面作为背景，通过改变目标大小和色调、照度、运动速度等可以完成最小跟踪对比度、最大跟踪速度、最大跟踪误差的定量测量。这种方法的优点是简便易行，缺点是测试精度不高，实验条件不易控制，效率低，需要较大的测试场地。电模拟目标测试法这种测试方法的核心是用一台专用的硬件实现的电模拟目标发生器代替通过摄像机输出的外界景物目标。该模拟目标发生器可以产生一个或多个大小、幅形、极性均可改变的视频电信号。模拟目标在视场中的位置可以人工或自动控制。自动模拟目标的运动有直线交虼怪狈较，斜线和圆周等方式，运动的速度和频率可调。可对图像跟踪器中的电子跟踪器的性能进行定量测量。这种方法的优点是一些测试参数可控，如对比度、目标大小、形状、速度、 运动方式等，缺点是目标形状简单、缺少背景，缺乏真实感，尤其复杂条件下的跟踪性能测试不易实现。可变光学目标模拟器测试法用计算机视景仿真技术，测试图像跟踪器的跟踪性能可以有两种方式。一种是采用全视景仿真，测试图像跟踪器的整机性能。即用计算机仿真具有真实感的战地背景和运动目标的三维图像，通过投影仪投射到大屏幕上，营造一个逼真的战场环境。图像跟踪器通过自身的电视摄像头、随动系统捕获目标、跟踪目标，测试它整机的跟踪性能，这样更接近于实际应用情况。不过，这种方法仿真对象相对较少、占用的测试场地较大。另外一种是用计算机仿真图像跟踪器电视摄像头的视景，取代图像跟踪器电视摄像头输出的外界景物，直接输入到图像跟踪器的电子跟踪器部分图像采集、处理、识别、定位、跟踪部分，用于检测该部分的性能。该方法仿真对象较多，但结构紧凑，占用场地较小。以记录图像数据。该系统主要利用将双路高速数字摄像机所采集的图像 第一章绪论线将数据传输至进行记录。该系统主要用于跟踪和识别高速运动物体。在高帧频显示方面，国内大多使用编程实现高帧频图像数据的实时采嵌入式图像采集显示系统，可以进行实时的采集显示帧频为帧秒、分辨率为实现高速图像数据流的帧频变换和时钟域变换，在相应的显示时序控制下，通过;怀蒝视频格式以满足显示设备的需要，实现视频图像的稳定显示。在这种方案中，实现了对分辨率的图像进行显示。显示的方隒技术早期开发贸绦虮匦胧褂梦硖峁目猓苯拥饔肳象的方式重新组织，使他们具有抽象、封装、继承、多态等特征。但要注意到，在运行时动态获取类型并与系统中的其他对象协同，在技术实现上是非常困难的。随着计算机网络的飞速发展，软件的应用环境变得更加广阔。与此同时软件的设计难度也在提高。为适应这种分布式软件应用环境，组件化程序设计思想迅速地发展起来。组件化程序设计思想就是将复杂的应用程序设计成一些小的、功能单一的组件模块，这些组件模块可以运行在同一台机器上，也可以运行在不同的机器上，甚至机器的运行环境也可以不同。认喙丶际酢的特性包括：语言无关性、进程透明性、可重用性【】。 简单的讲，甆平台是一个建立在开放互联网络协议和标准之上，它使用图像跟踪器研制完成后，需要对跟踪性能进行评估。通过图像跟踪器测试评估系统的研制，可以在实验室通过模拟各种实际场景，跟踪目标和干扰情况，来对图像跟踪器跟踪性能进行测试和评估。及时地对图像跟踪器进行测试评估一方面能够检验图像跟踪器的性能要求，另一方面也能够在图像跟踪器的开发过程中，促进发现跟踪器的问题和改进跟踪器的性能。论文的主要内容安排文章主要安排以下五个章节：第一章为绪论部分，主要阐述了课题的背景以及研究的对象。 第一章绪论第三章主要介绍了场景产生系统的上层软件的设计与实现。阐述了上层应用程序的框架设计，界面设计，核心模块设计方法。详细介绍了整体应用程序的实现过程。的过程。最后介绍了如何具体实现这个驱动程序。第五章为总结和展望，主要对系统做出了总结和进一步研究的展望。 多线程的相关概念并行是一个系统可以同时执行多个程式的能力。基本上，系统使用一个硬体时钟为同时执行的每个程序配置时间片段，如果时间片段够小，并且机器也没有由于运行太多的程序而超出负荷时，那么在使用者看来，所有的这些程序似乎在同时执行着。多线程是在一个程序内部实现并行的能力。程序可以把它自己分隔线程的概念的核心对象缥募浔拖叱，用户资源缍曰翱蚝妥址，试如进程的其它资源，如文件句柄、线程句柄进程的环境变量 堆栈单元。凇曰圈图在服务器环境下的线程 每个线程都有自身的堆栈以便在函数调用和其他进程中使用。指针的形式存在。参数实际上是在线程堆栈之中的。用户自己编写控制信号量的函数。当进程中的线程访问预先制定的内存空间时，操作系统会调用系统默认的或用户自定义的信号量函数，保证数据的完整性与正确性。线程可以简化程序设计和实现，也可以提高性能，但在使用线程时需要注意的是确保共同资源不被同时修改且尽在需要的时候运行线程。也就是说，在运用，线程的时候，要注意同步问题。这样描述似乎有些抽象，图描述了非同步线程共享内存时出现问题的一种形式。上图描述的是一个典型的并行程序带来的危害。大致问题是这样的：有两个线程运行了相同的代码，这段代码很简单： 这段代码的意思是将黾觢，假设某跏贾凳。我们知道，若是在普信号量录。多个线程在同一互斥体上等待的情况。创建或者打开成功时，它就处于基态了，直到它被释放，才会变为激发态。而获法，具体到互斥体中来说，只有当一个互斥体没有被任何线程拥有的时候，信号量会在信号量上执行取走或者置入的操作，这些操作会自动的递减或者递增信号量互斥的，而是允许特定数量的线程同时在临界区中执行。信号量通常用于保护容 量上有限的系统资源。与互斥体不同的是，信号量不应该认为是由某个特定线程类似，这两个函数也是用来创建和释放内核对象的。而线程获得信号量的规则与通常的内核对象是一样的：计数值非毙藕帕看诩坏剖滴，信号量就处于基态。事件在操作系统中，事件分为两种：自动重置事件和手动重置事件。这两种事件之间的差异是：自动重置事件处于激发态时只有一个线程能够看到这个信号，当这个线程观察到这个激发态信号时，自动重置事件会自动的切换到基态。与互斥体不同的是，事件不属于任何线程，而且任何线程都可以设置事件。若自动重置事件处于激发态时，系统只会唤醒一个线程。而手动重置事件则不同，其事件和重置事件。函数可以使某个事件立即处于激发态，而函数则使事件立即处于基态。消息机制和两个参数琇组成。消息的参数中包含有重要的信息。例如，对鼠标消息而言，中一般包含鼠标的位置信息，而参数中包含了发生该消息时，、等键的状态信息，对于不同的消息类型来说，两个参数也都相应地具有明确意义。 之中的。；消息也就是上面出现的峁梗导噬暇褪荳内设的一种数据结构的格式：騯；表消息的组成含义区分消息的类别参数鼠标的位置 消息队列图符、光标、窗口类、菜单等等。当一个线程调用一个函数来建立某个对象时，则该对象就归这个线程的进程所拥有。这样，当进程结束时，如果没有明确删除这个对象，则操作系统会自动删除这个对象。对窗口和挂钩这两种对象，它们分别由建立窗口和安装挂钩的线程所拥有。如果一个线程建立一个窗口或安装一个挂钩，然后线程结束，操作系统会自动删除窗口或卸载挂钩。这种线程拥有关系的概念对窗口有重要的意义：建立窗口的线程必须是为窗口处理所有消息的线程。为了使这个概念更加明确具体，可以假设一个线程建立了一个窗口，然后就结束了。在这种情况下，窗口不会收到一个或这也意味着每个线程，如果它至少建立了一个窗口，都由系统对它分配一个消息队列。这个队列用于窗口消息的派送。为了使窗口接收这些消息，线程必须有它自己的消息循环。本章要考查每个线程的消息队列。特别是要看看消息是如何被放置在队列中的，以及线程如何从队列中取出消息并处理它们。目标，要保证每个线程运行在一个环境中，在这个环境中每个线程都相信自己是唯一运行的线程。更确切地说，每个线程必须有完全不受其他线程影响的消息队列。而且，每个线程必须有一个模拟环境，使线程可以维持它自己的键盘焦点、窗口激活、鼠标捕获等概念。当一个线程第一次被建立时，系统假定线程不会被用于任何与用户相关的任务。这样可以减少线程对系统资源的要求。但是，一旦这个线程调用一个与图形用户界面有关的函数缂觳樗南恿谢蚪桓龃翱，系统就会为该线程分配一些另外的资源，以便它能够执行与