基于攝像頭的路徑信息采集系統(tǒng)的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要： 本文基于freescale 16位HCS12單片機(jī)的輸入捕捉功能設(shè)計(jì)一種視頻信號(hào)采集系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，將CMOS攝像頭的輸出信號(hào)二值化，利用單片機(jī)輸入捕捉功能實(shí)時(shí)對(duì)信號(hào)采樣、處理，提取出黑色導(dǎo)引線的形狀特征。實(shí)驗(yàn)證明：系統(tǒng)能很好地滿足智能車對(duì)路徑識(shí)別性能和抗干擾能力的要求，實(shí)時(shí)性好，測(cè)量精度高，同時(shí)硬件和軟件的開(kāi)銷都比較小。
關(guān)鍵詞： 圖像二值化；HCS12單片機(jī)；視頻圖像；比較器

引言

第二屆“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽中，要求各參賽隊(duì)賽車在規(guī)定的賽道上行駛，速度快者勝出。由于跑道只有黑、白兩色，對(duì)圖像的灰度沒(méi)有要求，所以只需要反映反射光線的強(qiáng)弱。若用A/D進(jìn)行采樣，不僅軟件設(shè)計(jì)比較麻煩，而且測(cè)量的精度和響應(yīng)時(shí)間都不夠理想，抗干擾能力也較差。本文摒棄傳統(tǒng)的視頻信號(hào)采集方法，結(jié)合單片機(jī)的輸入捕捉功能，提出一種新的路徑識(shí)別方法，并在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用，實(shí)踐表明該方法不僅使系統(tǒng)具有良好的性能，而且容易實(shí)現(xiàn)。

視頻信號(hào)的特征

使用CHD-918B面陣CMOS攝像頭，通過(guò)對(duì)內(nèi)部電路的改造，可以在５V電壓環(huán)境下正常工作，輸出PAL 制式模擬視頻信號(hào)，如圖1所示。每秒掃描50場(chǎng)圖像，一場(chǎng)又有312.5行，每行圖像信號(hào)時(shí)間為64μs，除去行同步頭，其中有效的圖像信號(hào)約為59.3μs。所以，若選用S12的A/D轉(zhuǎn)換器采集，轉(zhuǎn)換耗時(shí)壓力大，圖像分辨率低。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

設(shè)計(jì)是于白色跑道和黑色導(dǎo)引線對(duì)光反射能力不同的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)又結(jié)合單片機(jī)的輸入捕捉功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)競(jìng)賽的實(shí)際情況和要求，只需要在白色背景的跑道中提取出黑色的導(dǎo)引線，而與圖像的灰度無(wú)關(guān)，通過(guò)分析攝像頭輸出信號(hào)的特點(diǎn)，利用比較器將視頻信號(hào)二值化，進(jìn)而把黑色導(dǎo)引線與白色背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，如圖2所示。同時(shí)，由于導(dǎo)引線的寬度是恒定的，行掃描時(shí)間和同步頭時(shí)間也是定值，通過(guò)軟件簡(jiǎn)單編程就可以濾除環(huán)境干擾，達(dá)到不錯(cuò)的濾波效果。