基于黑白摄像头的智能小车路径识别系统设计[1]

瞄重飘盔&园圃堡皇堡查墨堡皇鱼 一一一．——基于黑白摄像头的智能小车路径识别系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 TheDesignofIntelligentVehiclePathRecognitionBasedonMonochromeCamera 吴吟箫‘ 张虹王新生 WUYin—-xiaoZHANGltongWANGXin··sheng doi：10．3969／j．issn．1672—9528．2009．02．015 感面 路径识别是汽车智能化发展的必然趋势。在基于飞思卡尔单片机的智能车路径识别系统的设计中，首 先采用基于黑白摄像头的图像采样模块获取路径图像信息；然后分别说明图像采集，图像预处理，黑线 提取，路径判断部分的软件设计。其中，在图像预处理中使用了二值化和中值滤波算法，并且在黑线提 取中提出了改进插值算法。实验表明，整个系统硬件设计简单，软件算法快速有效。 天键例 路径识别 中值滤波寻线算法 AbstractIntelligentizeofvehicleisatrendoferr8’developmentinthefuture．Pathrecognitionisoneof theapplicationdirections．Thispathrecognitionsystemofintelligentearu嘟image—sensormodulebasedon cameratoobtainlaneimageinformation．Thewholesystemisdividedintofourparts：imageacquisition，image pre—processing，abstractingtheblackline，androaddetection．Theimagepre—processingpartu嘲thebinary· zationandthemedianfilteringtoimprovetheimageinformation．Thenbyusingtheimprovedalgorithm，theresult ofabstractingtheblacklinebecomesmoreprecise．Theultimateaimofthewholesystemistoaccuratelyabstract theblackguidelinesfromthewhiteraceway，followingtheroadparametersandconditionsinfront，makingtheCar moveproperly． KeywordsRoaddetectionMedianfilteringLine—tracking l 引言 智能化技术与汽车相结合产生的智能汽车将在未来工业生 产和日常生活中扮演重要的角色，而路径识别则正是体现智能车 智能水平的一个重要标志。 本文中智能小车路径识别系统基于摄像头和飞思卡尔16位 微控制器MC9S12DGl28B组成，由摄像头采集图像有用信息送入 单片机分析道路参数。智能小车的运行环境⋯如图1所示。其 中，跑道黑线宽度为25ram；跑道最小曲率半径不小于500mm；跑 道可以交叉，交叉角为900。一个完整的路径识别系统不仅需要 具备图像信号的采集功能，还要求完成图像信号的分析及处理算 法。因而，本系统分成四个模块：视频图像采集、图像预处理、黑 线中心提取、路径判断。 2视频图像采集 视频图像的采集是基于MC9S12DGl28单片机来实现的。 MC9S12DGl28B是Freescale开发的以CPUl2内核为核心的单片 机，采用5V供电，总线速度25MHz，8KBRAM，128KBFLASH，具有 丰富的I／O模块和工业控制专用的通信模块BJ。 由于采用摄像头寻迹能大幅度提升赛车的前瞻距离，有利于 赛车提高车速。同时，赛道上只有黑白两色，只需提取探测画面 宰哈尔滨工业大学(威海)信息科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院264209 基金项目：山东省自然科学基金(Y2007G20) 的灰度信息就能识别出黑线信息，因而从减少成本和减轻单片机 采样的负担两方面考虑，图像采集部分选用黑白摄像头。 摄像头输出的是PAL制式的复合全电视信号，每秒输出25 帧(每帧分为偶场和奇场)。黑白视频图像信号通常由图像信号、 消隐信号以及同步信号共同组成⋯。 3cm 3cm 图l智能小车的跑道环境 要能有效地采样摄像头视频信号，首先要提取出摄像头信号 中的行同步脉冲，消隐脉冲和场同步脉冲。LMl881视频同步信 号分离芯片可从摄像头信号中提取信号的时序信息，如行同步脉 冲、场同步脉冲和奇、偶场信息等，并将它们转换成TrL电平直接 输给单片机的I／O口作控制信号之用，如图2。 这部分的硬件设计为：摄像头视频信号接入LMl881的视频 信号输入端，同时接入单片机其中一个A／D口(这里选择PAD8 口)；LMl881的行同步信号和奇偶场同步信号分别接人单片机的 带中断的I／O口FrO、PTI。设置胛l口为输入捕捉下降沿，即采 万方数据 集偶场信号。当新的一场到来时，单片机首先采集到下降沿信息 3．2基于二值图像的中值滤波 进入场中断。在场中断处理程序中先将场中断关闭，然后启动行 二值化后的赛道状况已经非常明了，但是仍有干扰存在，这样对 中断，并设置PTD口为输入捕捉上升沿。当单片机捕捉到行同步 赛道的识别及接下来的算法设计会造成～定的困难。因而，选择对 信号后就进入行同步中断处理程序，开始采集图像信息。本系统 中使用的摄像头分辨率为352】‘288，但由于s12单片机的A／D转 换能力有限，并且赛道只有黑白两色，而本系统的目的只在于提 取出黑线中心，所以不需要提取一行中所有的点。基于以上两点 原因，最终 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 采集40x20分辨率图像。通过试验证明，40x20分 辨率的图像可以完整的反映出道路状况，采集效果如图3。 w—iolVCCC34 3图像预处理 图2硬件电路原理图 图3采集效果 图像预处理的目的是改善图像质量，在本系统中的目的是为 单片机识别路径提供一幅更为清晰，更易判断的赛道图像。 3二1二值化处理 将图像导人maⅡab进行分析，发现原始图像像素值均在O一 255内，而白色区域像素值一般在160以上，黑色区域一般在70 以下。为了提取出黑线，检测像素值的跳变是最直观的方案，但 是实际中一般黑白线边沿的像素值不是突然跳变的，而有一个过 渡过程。所以，将原始图像进行二值化处理不但有清晰边沿线的 功能，还能方便后续路径识别部分算法的设计与处理。 图像进行中值滤波。该方法是一种局部平均的平滑技术，对脉冲干 扰和椒盐噪声的抑制效果好，能有效保护图像的边缘㈨。 ''1”11'''1●●●”1'1'''111'1''''1111''''' ''”1'¨””'¨■"”''”''”1'”''””” ”1'¨”11111，O口●●■’1''”1'11’''1'’'’1'' ''1'''1''1”'1''1OOO●'11¨”1¨1111'11'1 1111111111”'11'”10●”1'’”'1”1'11'111 ¨"¨"¨"¨¨"f●●¨¨'I""t””¨” 111””''11''1''”10●”11'1”””'1111” ”''’11''”''11'111●●●111''''”''”'1''1 '11”''”11''1”1'1●●¨11”'11'11'1111'1 ''1”11'1”’'11'''1●■口1''11'1’'1'””'1' ''1”'11”1111”1110●口1”1111¨11”11”' '11'1'1”1””””'●■●1”'111'”1¨'''1' '11''''111’1'1”11'¨a11'''1''”¨1'''1' ''''''111”111''11'■●●11'1'111"111'1'11 ''1'''1111''11''11’●●●11'111'''11'1'1'1' ''1'1''1'1”'1¨11’●●"1””11”111'1”1 ”1”''”l’''1¨''11●01”''1'1111'11'1'' ''”1'1¨'1¨11''111■口'’1¨'¨”1”1”'' ¨1”11''1'"1'''11'●●1”''”1”1”'”'1 ''''111''111'11''111■●●1'''''11'1'11’1'' 图4二值化后的图像 1x3窗口中值滤波是非常简单的一种去噪方法，是将某个像 素点和相邻两个像素点的像素值按大小顺序排列，取出中间值作 为该点的像素值。这种方法能够有效的抑制随机噪声，并且计算 量相比去噪常用的3】【3模板要小得多。减小计算量能够有效的 提高单片机识别道路的速度，这一点对时间要求较高的实时处理 是非常重要的。 1日lllUllll0明1Il“lIllllllll¨111llll llllIll“llll明明111111llIlll儿l“llll 1IllIllllllllIBBB00llllllI儿11IllilllI 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为l，否则为O，原理公式如下HJ： ， 、 fl八互，y)≥t g‘毛y卜Io以Ⅵ) 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 情况，为生产 考核提供了可靠的依据，对炼钢厂节能降耗具有很大的指导意 义，经济效益显著。 该系统的推广运行，为炼钢厂基础管理水平的提高创造了良好 的条件，也为炼钢厂进一步提高其自动化水平打下了坚实的基础。 参考文献： [1]朱俊，田作华，何黎明．基于射频技术的无线称重系统的设 计．自动化仪表。2007年第2期． [2]刘钟鸣，徐宏，等．转炉炼钢厂物流分级式监控及管理系统． 工业控制计算机，2001年第7期． [3]裴天利．物流管理系统在吉林建龙炼钢厂的应用．世界仪表 与自动化，2007年第11卷第4期． [作者简介] 臧元国，3l，大学本科，1999年毕业于内蒙古 工业大学工业自动化专业，在读工程硕士，上海大学控制工程专 业，现在莱钢集团自动化部从事设备管理工作。 (收稿日期：2008—10—20) 万方数据