攝像頭黑線識別算法和賽車行駛控制策略

引言

按照首屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”智能車大賽規(guī)則要求，根據(jù)賽道特點(diǎn)，主要有兩種尋線設(shè)計(jì)方案：光電傳感器方案和攝像頭方案。

這兩種方案各有特點(diǎn)：光電傳感器構(gòu)成“線型檢測陣列”的方案簡單易行，但由于受規(guī)則限制(傳感器數(shù)量不超過16 個(gè))， 光電管的數(shù)量不可能太多，從而單個(gè)線型檢測陣列所能確定的指引線信息較少。所以采用此方案尋線精度不夠高，在舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生直道蛇行或彎道舵機(jī)回?cái)[，并且判斷距離有限。

因此我們選擇采用攝像頭作為尋線傳感器，一方面攝像頭探測的賽道信息和距離更出色；另一方面，規(guī)定使用的MC9S12DG128 運(yùn)算速度和自身AD 口的采樣速度能夠適應(yīng)對黑白低線數(shù)攝像頭的有效視頻采樣和對大量圖像數(shù)據(jù)的處理。

圖像數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)

攝像頭的主要工作原理具體而言(參見圖1)，攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續(xù)的電壓視頻信號，該電壓信號的高低起伏正反映了該行圖像的灰度變化情況。當(dāng)掃描完一行，視頻信號端就輸出低于最低視頻信號電壓的電平(如0.3V)，并保持一段時(shí)間。這樣相當(dāng)于，緊接著每行圖像對應(yīng)的電壓信號之后會(huì)有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標(biāo)志。然后，跳過一行后(因?yàn)閿z像頭是隔行掃描的方式)，開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號，接著就會(huì)出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個(gè)復(fù)合消隱脈沖，其中有個(gè)脈沖遠(yuǎn)寬于(即持續(xù)時(shí)間長于)其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標(biāo)志。場同步脈沖標(biāo)志著新的一場的到來，不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結(jié)尾部分和下一場的開始部分，得等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。攝像頭每秒掃描25 幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50 場圖像。奇場時(shí)只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時(shí)則只掃描偶數(shù)行。

圖1 攝像頭視頻信號

由于S12 芯片的處理能力不足以支持像PC 那樣的運(yùn)算能力，因此我們采用了只有黑白制式、320