基于飛思卡爾和攝像頭的智能小車(chē)尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濾波方法有很多，如中值濾波對(duì)單片機(jī)開(kāi)銷(xiāo)較大，因此本系統(tǒng)采用對(duì)整幅圖像進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的插值處理。這樣不僅占用cpu時(shí)間少，而且也實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)控制的要求。攝像頭提取到的近處黑線(xiàn)信息出錯(cuò)的概率非常小，因此利用近處黑線(xiàn)的中心偏差，對(duì)前方的黑線(xiàn)中心偏差進(jìn)行插值濾波。其濾波流程圖如圖4所示。插值濾波時(shí)，同時(shí)要注意小車(chē)在過(guò)急彎時(shí)的情況，因此要對(duì)插值后的黑線(xiàn)中心進(jìn)行限幅處理。

圖4 插值算法流程圖

4 引導(dǎo)線(xiàn)提取

由于黑線(xiàn)和白賽道的灰度值不確定，如果以設(shè)定的值作為黑線(xiàn)的灰度值，必然適應(yīng)新環(huán)境的能力不強(qiáng)。但是黑色和白色灰度值之差變化不大，因此可以用灰度值之差作為黑線(xiàn)與白道的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，灰度值之差一般在15-30之間。本系統(tǒng)就是以此范圍作為灰度值范圍。

在查找黑線(xiàn)的點(diǎn)順序也有一定方法。如果采用常用的從左到右依次查找黑點(diǎn)，這樣不僅容易把周?chē)念伾`認(rèn)為黑線(xiàn)，同時(shí)在一定程度上比較耗時(shí)。本系統(tǒng)采用從圖像中央開(kāi)始向側(cè)查找，當(dāng)找到黑線(xiàn)就停止該行查找，這樣不僅可盡量減少查找到周?chē)念伾臋C(jī)會(huì)，同時(shí)也能減少查找耗時(shí)。同時(shí)注意，在查找黑點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該查找到兩個(gè)或兩個(gè)以上的黑點(diǎn)才能作為黑線(xiàn)的位置，這樣可以避免因隨機(jī)產(chǎn)生的干擾的影響。

5 路徑判斷

5.1 彎直道判斷

根據(jù)圖像采集特點(diǎn)，直道時(shí)黑點(diǎn)偏離中心線(xiàn)位置較小，彎道時(shí)偏離中心線(xiàn)的位置大，用一個(gè)數(shù)學(xué)公式表征這一特點(diǎn)[3]即

式中：xi為采集到的黑點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)

x為圖像中心線(xiàn)的坐標(biāo)位置

n為采樣到黑點(diǎn)的總行數(shù)

通過(guò)多次實(shí)際賽道實(shí)驗(yàn)，直道時(shí)的curve一般在2以下，小彎道在3-10的范圍內(nèi)，10以上則能判定為大彎道，這就以數(shù)值判斷賽道的情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的有效控制。在實(shí)際的舵機(jī)控制中，需要根據(jù)賽道的實(shí)際情況做適當(dāng)校正。

5.2 大s彎和小s彎的判斷

跑道分為大s彎和小s彎。通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，小車(chē)的舵機(jī)在改變角度的時(shí)候，小車(chē)會(huì)減速，因此小車(chē)的舵機(jī)改變角度的大小和次數(shù)都會(huì)影響最后的比賽成績(jī)。在小s彎時(shí)，小車(chē)攝像頭可以照到全部，取平均值后相當(dāng)于是直道，小車(chē)舵機(jī)可不改變方向而直線(xiàn)行駛從而提高速度。在大s彎時(shí)，由于大彎不能在完整的的一個(gè)視野范圍內(nèi)，小車(chē)將取平均值后偏離直道，小車(chē)舵機(jī)將改變方向行駛。

5.3 十字交叉路線(xiàn)的判斷和起跑線(xiàn)的識(shí)別

兩個(gè)黑色引導(dǎo)線(xiàn)垂直相交，經(jīng)ad采樣后，橫向灰度值特點(diǎn)為黑色灰度值都在同一行，經(jīng)查找由黑到亮變化的灰度值是沒(méi)有的，因而此處黑點(diǎn)坐標(biāo)幾乎接近中心位置，不會(huì)對(duì)引導(dǎo)線(xiàn)的位置產(chǎn)生影響，這就實(shí)現(xiàn)了小車(chē)不發(fā)生錯(cuò)誤通過(guò)十字交叉路線(xiàn)。

小車(chē)起點(diǎn)如圖5所示，特點(diǎn)是先由黑變亮，再由亮變黑。所以可根據(jù)這樣的特點(diǎn)進(jìn)行起點(diǎn)識(shí)別。當(dāng)采樣的灰度值由黑變亮再由亮變黑可判斷為起跑線(xiàn)。但是這樣判斷可能會(huì)把十字交叉路線(xiàn)或窄道的三角形標(biāo)記誤判為起點(diǎn)。為了準(zhǔn)確判斷需要進(jìn)行3次以上具有起點(diǎn)特點(diǎn)時(shí)才可判斷。

圖5 起點(diǎn)線(xiàn)

6 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用基于coms攝像頭的路徑識(shí)別方法，通過(guò)攝像頭采集的道路信息送入單片機(jī)處理，通過(guò)算法提取出賽道黑線(xiàn)中心，識(shí)別彎道、窄道、坡道、起跑線(xiàn)等信息。通過(guò)大量試驗(yàn)及參加大賽結(jié)果表明，本智能小車(chē)尋跡系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別道路情況，結(jié)果較為理想。該系統(tǒng)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)、安全、溫定快速的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前智能車(chē)輛導(dǎo)引技術(shù)研究的主流方向和發(fā)展趨勢(shì)。

作者簡(jiǎn)介

馮 震(1982-) 男 工學(xué)碩士/講師，網(wǎng)絡(luò)與智能控制方向。

參考文獻(xiàn)

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