圖像采集與處理在智能車(chē)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：在智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，路徑識(shí)別的準(zhǔn)確性直接影響到智能車(chē)能否正確地行駛。以攝像頭作為路徑識(shí)別的傳感器能夠有效地提高智能車(chē)的前瞻性，但原始圖像的數(shù)據(jù)量相對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)是比較龐大的。本文采用了硬件分頻的方法對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的壓縮，并對(duì)圖像對(duì)進(jìn)行二值化和去除噪聲的預(yù)處理。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)路徑識(shí)別的正確性與快速性。

　　智能車(chē)系統(tǒng)以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)模型作為載體，要求實(shí)現(xiàn)在白色場(chǎng)地上，根據(jù)系統(tǒng)采集到的路面狀況作出路徑識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和車(chē)速的控制，使其自動(dòng)地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛，在保證穩(wěn)定性的前提下以最短的時(shí)間完成自動(dòng)尋跡。

　　路徑識(shí)別在智能車(chē)系統(tǒng)中，可以比作是智能車(chē)的眼睛，是智能車(chē)能夠正確行走的基礎(chǔ)。路徑識(shí)別的方法主要有光電傳感器和CCD/CMOS攝像頭傳感器兩種方式，與光電傳感器相比,攝像頭傳感器具有較好的快速性、前瞻性,能夠感知智能車(chē)前方更遠(yuǎn)距離的賽道變化,提取有效信息,從而為智能車(chē)快速、平穩(wěn)的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎以及制動(dòng)控制提供更好的判斷依據(jù)[1]，因此本文采用了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出(PAL制式)的CMOS攝像頭作為系統(tǒng)的視覺(jué)傳感器。攝像頭原始的圖像大小是628*582相素，這對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)是一個(gè)相對(duì)較大的數(shù)據(jù)量，因此如何將原始圖像進(jìn)行高效壓縮是系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)，同時(shí)圖像的預(yù)處理也是系統(tǒng)的的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。本文提出了一種高效的圖像壓縮方法，并且提出了一種有效的圖像預(yù)處理方法。

　　1 系統(tǒng)概述

　　智能小車(chē)系統(tǒng)主要由路徑識(shí)別、速度采集、轉(zhuǎn)向控制及車(chē)速控制等功能模塊組成。路徑識(shí)別功能采用CMOS攝像頭，將其模擬量的視頻信號(hào)進(jìn)行視頻解碼后，經(jīng)過(guò)二值化處理并轉(zhuǎn)化為18×90pix的圖像數(shù)據(jù)后送入MCU進(jìn)行處理;轉(zhuǎn)向控制采用基于模糊控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié);而車(chē)速控制采用的是經(jīng)典PID算法，通過(guò)對(duì)賽道不同形狀的判斷結(jié)果，設(shè)定不同的給定速度。該系統(tǒng)以50Hz的頻率通過(guò)不斷地采集實(shí)時(shí)路況信息和速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，如圖1所示。　　

　　2.智能小車(chē)的圖像采集與存儲(chǔ)

　　2.1 圖像采集模塊設(shè)計(jì)

　　CMOS攝像頭正常供電后,便可輸出原始圖像的信號(hào)波形，它是PAL制式的模擬信號(hào)，包含行同步、行消隱、場(chǎng)同步、場(chǎng)消隱等信號(hào)如圖2所示。但該形式的信號(hào)并不能被CPU直接使用，需要加入視頻解碼芯片如SAA7111，它的功能是將攝像頭輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生各種同步信號(hào)，CPU利用此同步信號(hào)將圖像的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在一個(gè)外部FIFO芯片AL422中，這便構(gòu)成了基本的路徑檢測(cè)模塊，如圖3所示。