攝像頭智能車硬件設(shè)計(jì)方案

　　摘要：本文主要對(duì)車模整體設(shè)計(jì)思路，硬件與軟件設(shè)計(jì)及車模的裝配調(diào)試過(guò)程作簡(jiǎn)要的說(shuō)明。智能車通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)自身運(yùn)動(dòng)速度及方向等進(jìn)行調(diào)整來(lái)“沿”賽道運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)策略的制定主要是依靠對(duì)傳感器得到的道路及行駛信息進(jìn)行采集、分析、決策、執(zhí)行四個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行的。

　　傳感器電路設(shè)計(jì)
　　延續(xù)往屆的傳感器方案，今年仍然采用了CCD作為傳感器，但采用了信號(hào)質(zhì)量更佳，黑白對(duì)比度更大的Sony系列CCD，當(dāng)攝像頭安裝高度為30cm，俯角為30°時(shí)，其最大黑白電壓差可達(dá)到1V。

　　為了從CCD輸出的PAL制式信號(hào)中提取賽道信息，秉承硬件二值化的指導(dǎo)思想，將灰度圖像轉(zhuǎn)換成黑白圖像，由于普通I/O和PAC的操作速度要比A/D快，可提高分辨率和前瞻。通過(guò)硬件預(yù)處理提取賽道信息，目前有兩種主要途徑：微分邊緣檢測(cè)和閾值比較檢測(cè)。

　　微分邊緣檢測(cè)：通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序效率的優(yōu)化，在總線頻率24MHz條件下可以準(zhǔn)確捕獲寬度1.5ms的黑線信號(hào)。并可以達(dá)到1200多的行分辨率和很高的中心解析精度。在直道上，由于遠(yuǎn)處的黑白之間的電壓差較小，遠(yuǎn)處的賽道信息提取不到，得到的預(yù)處理圖像是不可信的。另外，在近處也經(jīng)常發(fā)生丟失賽道邊緣的情況。

　　數(shù)字閾值比較檢測(cè) ：利用快速A/D采集CCD信號(hào)，MCU輸出信號(hào)作為閾值與快速A/D得到的信號(hào)通過(guò)數(shù)字比較器得到二值化信息。 這個(gè)電路的優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)MCU輸出不同的閾值從而得到良好的信噪比，另外，快速A/D得到的信號(hào)可以輸入給單片機(jī)，硬件預(yù)處理效果不佳的時(shí)候可以切換到片外A/D模式，使算法更加靈活。但由于單片機(jī)的計(jì)算能力有限，切換到片外A/D模式之后數(shù)據(jù)量過(guò)大，最終沒(méi)有采取這種方案。

　　模擬閾值比較檢測(cè) ：模擬閾值比較檢測(cè)與上述數(shù)字閾值比較檢測(cè)原理相似，只是用D/A輸出閾值與CCD輸出信號(hào)進(jìn)行比較得出賽道信息。該方案可以達(dá)到3m的直線前瞻，1.5m的彎道前瞻，但該方案最大的缺點(diǎn)就是受光線的影響較大，如果不事先適應(yīng)場(chǎng)地光照條件，信號(hào)質(zhì)量難以保證。最終我們采取了第三種方案，圖1是最終版本的模擬閾值比較電路，利用LM1881芯片獲得行同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào)使單片機(jī)(MCU)與CCD保持同步，采集每行的邊沿信息得到賽道信息。