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CMOS摄像头原理CMOS摄像头原理 第 29 卷第 5 期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Vol129 No15 2008 年 10 月 Journal of North China Institute of W ater Conservancy and Hydroelectric Power . Oct 2008文章编号 : 1002 - 5634 2008 05 - 0055 - 03 基于 CMO S摄像头的智能寻迹车的设计与实现 1 2 康 云 高 超 1. 郑州轻工业学院 河南 郑州 450002 2. 电...

CMOS摄像头原理
CMOS摄像头原理 第 29 卷第 5 期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Vol129 No15 2008 年 10 月 Journal of North China Institute of W ater Conservancy and Hydroelectric Power . Oct 2008文章编号 : 1002 - 5634 2008 05 - 0055 - 03 基于 CMO S摄像头的智能寻迹车的设计与实现 1 2 康 云 高 超 1. 郑州轻工业学院 河南 郑州 450002 2. 电子科技大学 四川 成都 610054 要 摘 : 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了自动寻迹智能车的几个关键实现技术 给出了一种采用 CMOS摄像头检测方式的智能车的电 控制算法和软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 . 测试结果 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明该车能够准确跟踪引导线运行 . 路设计 、 关键词 : 摄像头检测 微控制器 PWM 控制 智能车 中图分类号 : TP242. 6 文献标识码 : A 1 - 2 智能车又名轮式移动机器人 可作为安装有特 定行驶 . 系统结构如图 2 所示 .定设备的交通载体 使用在科学探索 、工业生产等领域 . 目前智能车的研究重点主要集中在视频检测及 跟踪 避障等方面 . 笔者主要针对具有黑目标检测 、 、色引导线并带有弯道 、坡道等的特定道路 设计出能够自动识别路径并跟踪行驶的智能模型车 如图 1所示 . 图 2 系统结构框图 2 关键技术分析与硬件设计 系统的关键技术在于道路引导线信息的提取 . 车辆控制 、 硬件电路主要围绕引导线检测 、 电源保障 等几个方面设计 . 图 1 智能车示意图 2. 1 电源模块 电源模块为系统其他各电路运行提供电源保1 系统设计 障 . 车载主电源为 1 块 7. 2 V 2 A / h 可充电镍镉蓄 将汽车工业中实际用于中央车身电子 、 底盘安 驱动电机 、 电池 . 由于电路主板 、 摄像头分别需要 5全及动力总成控制的飞思卡尔公司 16 位处理器 6 8 12 V 等电压供电 分别采用 7805 7806 7808 和MC9S12DG128 引入到智能车的开发中 提高智能车 一块 VS1 开关型 DC - DC 升压集成电路实现 .的整体控制性能 . 设计思路为 : 由安装在智能车前端 2. 2 道路检测模块的摄像头拍摄车体前方道路 从拍摄的道路图片中 该模块主要实时拍摄车体前方道路 并提取前提取黑色引导线信息送到智能车控制器 判断车身 方引导线相对于智能车的偏移量 、 方向 、曲率等信相对前方引导线位置 如有偏离则根据算法控制舵 息 以实现智能车自动沿引导线运行 .机进行方向调整 同时控制驱动电机跟踪引导线稳 用摄像头拍摄车体前方的道路 得到由黑色引收稿日期 : 2008 - 07 - 09 康 测试与控制系统方面的研究 .作者简介 : 云 1982 — 男 河南杞县人 助教 主要从事自动化测量 、 65 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2008 年 10 月导线和白色路面组成的图像 . 引导线和路面的黑白 采用 RS - 380 直流电机 . 使用 H 桥驱动电路控制电二色在图像中就体现在其灰度值的大小差异上 摄 机加速运行 、减速制动 控制端信号为两路 PWM 信像头中的图像传感器芯片将各点处图像的灰度转换 号 . 为使电路简单 采用 MC33886 集成全桥驱动芯成与灰度一一对应的电压值通过视频信号端分场逐 片 驱动电路设计如图 4 所示 .行输出 . 利用控制器采样图像中各点的电压值 就可 3以判断出引导线的位置 、 形状等信息 . 系统采用 1 /3 Omni V ision CMOS传感芯片的黑白摄像头 隔行扫描 PAL 制式 场频为 50 Hz 分辨率为 320 电视线 即摄像头每秒钟输出 50 场图像 每场图像分 320 行输出 . 由于智能车始终在运行 可将摄像头奇偶场作为 2 幅图像来处理 复合视频信号由摄像头信号端输出 . 另外 系统采用 LM1881 专用视频同步信号分离芯片从摄像头输出的复合视频 图 4 电机驱动电路图信号中提取出行同步脉冲 、 奇偶场换场 场同步脉冲 、 2. 5 速度检测模块 信号等图像的换行和换场的同步信息 . 为使智能车在急转弯时不至于速度过快而冲出 由摄像头 、LM1881 电路和 S12 控制器构成的智 道路 控制器除需控制前轮转向外 还需控制车速 .能车视频采样电路如图 3 所示 . 该模块采用光电透射式检测方法 将具有齿槽结构 的圆盘固定在智能车后轮轴上 圆盘转动时 光电传 感器输出脉冲信号 通过整形后送至 MC9S12DG128 控制器 计算智能车当前运行速度 并根据采样到的 引导线形状调整当前智能车的运行速度 . 3 软件设计 3. 1 开发软件 开发软件采用 Freescal公司的产品 CodeW arrior 4. 0. CodeW arrior for S12 是 Freescal公司为 S12 系列 图 3 视频采样电路 处理器提供的嵌入式应用开发软件包 包含集成开 视频采样原理为 : 当 PS1 引脚电平发生翻转时 D 处理器专家系统 、 发环境 I E、 全芯片仿真等 是一表明新的一场图像到来 图像采样开始 当 PT0 引 4 款功能强大的图形化编程软件 .脚检测到一个行同步信号上升沿 表明新的一行图 3. 2 控制算法像数据开始输出 S12 控制器启动对 AD0 引脚的摄 将摄像头安装在车体前部中间位置 调整摄像像头视频信号进行采样 直到下一个行同步信号到 头的安装高度 、 前倾角和焦距 使所拍摄道路图像清PT0 引脚为止 表示对该场中的这一行图像采集结 晰 有 效 视 场 宽 约 40. 0 cm 有 效 前 瞻 距 离 约束 控制器反复执行上述步骤 就可以将一场图像 50. 0 cm 已知引导线宽 2. 5 cm.320 行信息全部采集出来 . 由摄像头测试可知 摄像头输出的每场 320 行2. 3 舵机驱动模块 信号中 第 23 行到 310 行为视频信号 前 22 行和后 该模块主要控制智能车根据引导线形状进行转 10 行为场消隐信号 即摄像头每场会扫描产生 288向 . 舵机本身是一个位置随动系统 由舵盘 、减速齿 行有效视频信号 也就是说摄像头在纵向有 288 个轮组 、 位置反馈电位计 、直流电机和控制电路组成 . 像素的分辨能力 . 在视频区域中每行信号持续时间通过内部设计使舵盘输出转角正比于给定的控制信 相同约 64. 0 μs行同步脉冲持续约 4. 7 μs所以每号 . 该系统舵机型号为 FUTABA S3020. 控制信号是 场图像单个视频信号行中有效视频持续的时间约周期为 20 m s的 PWM 信号 脉冲宽度决定舵机输出 57. 3 μ s 通过对 S12 控制器 AD 时钟频率设置 AD .的转角 . 转换时间可设为 1. 4 μ s 所以每行可采样点数为 52. 4 电机驱动模块 40 个 . 该智能车每场最大可获得 288 × 像素分辨 40 车身后置驱动电机是整个智能车的动力来源 率的图像数据 .第 29 卷第 5 期 云 康等 : 基于 CMOS摄像头的智能寻迹车的设计与实现 75 尽管通过图像处理可以获得更多的道路信息 车速数据 调用舵机和驱动电机控制程序对智能车但会增大 S12 控制器的数据存储和处理负担 . 为了 的运行状态进行实时控制 以完成循线运行的要求 简化过程 也可以只使用图像中的一行数据提取引 如图 5 所示 .导线位置 . 提取引导线位置主要有 2 种方法 : 一是将图像一行数据中灰度值最低点位置作为引导线中心位置 二是从动态阈值二值化后的图像中进行提取 寻找图像中每行连续黑点最多的一段 以该段中心点的位置作为引导线中心位置 . 在所采集行 40 个采样点中 以第 20 个点为智 6 - 7能车车身位置 提取出引导线中心位置 所在点 记为 x 引导线与车身偏差记为 e x e x x - 20则 e x 值从 - 19 到 20 共有 40 种情况 . 若 e x 0 表示前方引导线位置与车身位置 图 5 主程序流程图重合 舵机不输出转角 智能车直行 若 e x 0 表示前方引导线位置在车身位置左侧 则舵机输出转 结 语 4 角驱动智能车左转 同理 e x 0 表示 引导线位置 测试表明 采用 MC9S12DG128 控制器和 CMOS在车身位置右侧 则 舵机输出转角驱动智能车右转 . 摄像头检测方式设计并试制的智能寻迹车 检测 范同时兼顾当前车速调整驱动电机控制 PWM 信号 围宽 前瞻性强 舵机转向 流畅 车体跟踪引导线以使智能车回到引导线的正上方 达到稳定跟踪道 准确 . 路引导线的设计要求 . 具体参数见表 1. 表 1 控制参数表 考 文 献 参 偏差 e x 舵机转 驱动电机 1 黄开胜 金华民 蒋狄南 . 韩国智能模型车技 术方案分 引导线位置 值 方向 角 / ? PWM / 析 J . 电子产品世界 2006 14 5 : 150 - 152. 1 - 19 右偏 - 36. 4 74. 80 2 浦东兵 孙英娟 周光有 等 . 一种嵌 入式智能寻迹机器 2 - 18 右偏 - 34. 6 66. 96 人设计 J . 微计算机信息 2008 24 3 - 2 : 241 - 242. … … … … … 3 卓晴 王 王磊 . 基于面阵 CCD 的赛道参数 检测方法 20 0 正上方 0. 0 86. 27 J . 电子产品世界 2006 18 7 : 143 - 145. … … … … … 4 邵贝贝 . 单片机嵌入式应用的在线开发方法 M . 北 39 19 左偏 34. 6 66. 96 京 : 清华大学出版社 2004: 243 - 255. 40 20 左偏 36. 4 74. 80 5 王威 胡继云 郑维 等 . HCS12 微控制器原理及应用3. 3 程序流程 M . 北京 : 北京航空航天大学出版社 2007: 155 - 181. 6 邱寄帆 . 移动机器人寻线 导航系统的设计与实现 J . 主程序采用和 PLC 相似的周期性检测控制思 微计算 机信息 2006 22 9 - 2 : 201 - 203.想 . 控制器每检测到摄像头的换场信号 便调 用一次 7 万永伦 丁杰雄 . 一种机器人寻线控制系统 J . 电子科视频采样程序 和车速检测程序 根据得到的引导线和 技大学学报 2003 32 1 : 48 - 51. D esign and Rea liza tion of Autotrack in g Smartcar Ba sed on CMO S Cam era 1 2 YUN Kang GAO Chao 1. Zhengzhou University of L ight Industry Zhengzhou 450002 China 2. University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054 China Abstract: Several key technologies of the autotracking smartcar are analysed. A way of using CMOS camera detection method of the real2ization of the smartcar circuit control algorithm s and softw are p rocesses is given. Test results indicates that the car is able to track theguide line accurately and stably.Key words: camera detection m icro 2controller PWM control smartcar
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上传时间:2017-10-17
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