基于飛思卡爾和攝像頭的智能小車尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

智能小車尋跡系統(tǒng)是基于攝像頭和飛思卡爾16微處理器mc9s12xs128組成，由攝像頭采集圖像有用信息送入單片機(jī)分析道路參數(shù)。

智能小車跑道表面為白色，中心有連續(xù)黑線作為引導(dǎo)線，黑線寬25mm，鋪設(shè)跑道地板顏色與背景不一樣;跑道寬度為60cm，窄道區(qū)的寬度為45cm;跑道最小曲率半徑不小于50 厘米; 跑道可以交叉，交叉角為90度。

系統(tǒng)主要包括視頻圖像采集、圖像處理、黑線中心提取、路徑判斷。

2 視頻圖像采集

圖像采集是基于mc9s12xs128單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。mc9s12xs128是飛思卡爾開發(fā)的以cpu12內(nèi)核為核心的單片機(jī)，采用5v電源供電，總線速度最高可達(dá)40mhz，8kb ram，128kb flash，具有豐富的i/o模塊和工業(yè)控制專用的通信模塊[1]。

(a) 視頻信號;(b) 行同步信號;(c) 場同步信號;(d) 奇偶場同步信號

圖1 攝像頭信號時序圖

攝像頭前瞻距離大，有利于提高速度。同時跑道色內(nèi)外色差只有黑白兩色，只需提取探測畫面的灰度信息就能識別黑線信息，因而圖像采集選用黑白攝像頭。攝像頭輸出的是pal制式的復(fù)合全電視信號，每秒輸出25幀，每幀分為偶場和奇場。黑白視頻圖像信號由圖像信號、消隱信號及同步信號共同組成。場同步脈沖標(biāo)志著新的一場到來。場消隱區(qū)恰好跨在一場的結(jié)尾部分和下場的開始部分，得等到場消隱區(qū)過去，下場的視頻信號才真正到來。pal制式的攝像頭每秒掃描25幅圖像，每幅又分奇偶兩場，故每秒掃描50場圖像[2]。為此要有效地采集攝像頭的視頻信號，需要把攝像信號進(jìn)行分離。lm1881視頻同步信號分離芯片可從攝像信號中分離出行同步脈沖，場同步脈沖和奇偶場脈沖。下圖為視頻信號lm1881分離后時序圖如圖1所示，其攝像頭采樣電路圖如圖2所示。

圖2 攝像頭采樣電路圖

設(shè)計(jì)采用80引腳mc9s12x128單片機(jī)。根據(jù)其引腳特點(diǎn)，pt口響應(yīng)速度不如pj口響應(yīng)速度好，所以選擇pj口作為行中斷和場中斷輸入口，本設(shè)計(jì)選用pj7和pj6。但是pj口共用一個中斷向量，因此在軟件設(shè)計(jì)中用巧妙的方法先開pj6，關(guān)閉pj7。當(dāng)奇偶場上升沿脈沖到來時，產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序里延時一段時間，清掉消隱時間，然后開啟行中斷pj口，當(dāng)行中斷產(chǎn)生時延時一段時間開始采集圖像信息，這里所有延時都是為了濾掉采集的非圖像信息。本系統(tǒng)采集圖像是采集同一場圖像(即奇場和偶場)。這樣可以減少攝像頭因奇偶場硬件上不同而帶來偏差。

為獲得充足的圖像信息，實(shí)現(xiàn)對智能車準(zhǔn)確控制，圖像采集每場為42×47個點(diǎn) 。通過實(shí)驗(yàn)證明，42×47的圖像能夠得到滿意圖像信息。采集效果如圖3所示。圖中數(shù)值為20-25表示黑線所在位置。

圖3 圖像采集灰值情況

3 圖像處理

了防止場地黑線干擾導(dǎo)致控制出錯，需要對整幅圖像進(jìn)行濾波處理。因?yàn)楹谏敢€是一條平滑連續(xù)的曲線，因此對于圖像中出現(xiàn)的那些跳躍性較大的點(diǎn)即可視為干擾加以去除。