船载视频光电跟踪系统可用于海洋资源环境检测,海洋救援,能够对海面低空机动目标进行搜索、监控和跟踪,也可作为舰载武器系统的辅助设施。它是海洋舰船的必备利器,具有重要的工程应用价值和潜在的经济效益。本文以FPGA为核心处理器,着重突出整个系统的设计过程,完成了基于FPGA的船载视频光电跟踪系统的设计。系统结构设计明确,外围PCB电路少,集成度高,目标识别率好,跟踪系统稳定,具有一定的工程意义。论文首先对FPGA数字系统设计流程做了简要概述,然后根据数字系统设计流程对跟踪系统进行了顶层设计,将系统划分为两大部分:视频图像处理部分和伺服电机控制部分。最后论文在总体设计的框架下,对各个模块进行了理论研究并且最终在FPGA中实现。在视频图像处理方面,论文分析了常见滤波算法的优缺点,采用快速中值滤波算法进行图像滤波处理,实验证明该算法对椒盐噪声具有良好的滤波效果。论文比较了传统的运动目标识别与跟踪算法,重点对模板相关匹配算法原理进行了探究。为了解决模板匹配算法中的搜索过程繁琐,效率低的问题,论文改进搜索策略,设计出了基于RGB颜色特征匹配的质心跟踪算法,并在FPGA中得以实现。算法实现简单,搜索速度快,效率高,并且具有较强抗干扰能力。在伺服控制方面,论文首先对伺服电机控制做了数学建模分析,详述了四象限二维自动跟踪控制以及摇杆手动控制原理,并且在FPGA中实现了功能设计。考虑到海浪的影响,论文简要做了船体受海浪扰动模型分析,并且设计出了基于陀螺和电位器信号的稳定控制模块。测试发现,系统在受到扰动时可以达到一定的稳定效果。论文分别给出了室内实验测试和海上实验测试的结果。实验结果表明,系统能够正常稳定的工作。VGA显示器可以实时显示视频画面,摇杆能够控制光电跟踪平台的运动状态。在目标低速运动情况下,捕获目标后,系统能够实时跟踪目标。在640×480视频图像分辨率下,方位电机跟踪精度为80±10个像素点,最大跟踪角速度30/s,俯仰方向跟踪误差为50±10像素点,最大跟踪角速度10/s,目标识别的最小像素矩阵大小为16×16。