现代动漫制作技术中的光学式运动跟踪系统,前端相机负责采集运动图像,后端计算机负责根据图像实时对标记点进行识别、跟踪和空间坐标的计算,需要传输和计算的数据量非常大。尤其对于高分辨率高帧多目标图像的情况,更是对图像数据传输和计算结果实时性的巨大考验。为了简化光学式运动跟踪系统的结构,结合图像测量算法,本文设计并实现了一种嵌入式千兆网测量相机。该系统通过图像测量算法,在测量前端进行第一次坐标计算,然后通过千兆网将运算结果传输到计算机上,最后进行三维合成,简化了系统结构,提高了系统性能。系统以FPGA为核心控制器,选择了Xilinx公司的Spartan6芯片；利用嵌入式软核MicroBlaze设计了片上系统,用于实现图像测量算法；利用千兆网作为传输链路,选择三态以太网MAC核(TEMAC)和88E1111高速以太网收发器实现千兆网传输,将运动物体的空间坐标结果发送到上位机；利用CMOS图像传感器实现图像采集,选择了Micron公司的MT9P031,图像分辨率为640×480,帧率最高可达123帧/秒。图像测量算法采用一种基于直线段的连通域快速检测算法,首先在FPGA硬件电路内进行滤波、二值化和提取边缘坐标信息,随后片上系统根据边缘坐标信息实时计算数字图像的多个标志点的空间坐标,最后将空间坐标发送到上位机。上位机的程序采用C++语言基于MFC进行开发,利用WinPcap抓取网络数据包,实现上位机和下位机之间的通信,上位机作为客户端,下位机作为服务器。上位机可以实现对下位机的参数设置、命令控制,实时图像显示和坐标轨迹显示。测试结果表明,系统完成了对图像的采集和传输,实现了对运动目标坐标的计算。该系统运行稳定,测量数据精度较高,能够实现多运动目标的实时跟踪,具有很好的应用价值。