基于CCD圖像傳感器的路徑識別算法分析

摘要：隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)智能化成為大勢所趨。智能汽車(chē)(IV，Intelligent Vehicle)是一種集環(huán)境感知、規劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統，它集中地運用了計算機技術(shù)、人工智能與自動(dòng)控制技術(shù)、現代傳感器技術(shù)、信息與通信等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)的綜合體。文中以第六屆全國大學(xué)生”飛思卡爾”杯智能汽車(chē)為背景，探討了基于CCD圖像傳感器的圖像跟蹤算法。
關(guān)鍵詞：智能車(chē)；CCD圖像傳感器；閾值傳遞算法；圖像跟蹤算法；飛思卡爾

智能汽車(chē)的一項重要能力就是對環(huán)境的感知、對路況信息的分析決策。文中以MC9S12XS128單片機為核心，通過(guò)CCD圖像傳感器獲得路徑信息，進(jìn)而進(jìn)行路徑分析，為下一步的控制提供必要的數據信息。

1 CCD圖像傳感器特點(diǎn)
CCD圖像傳感器屬于電荷耦合器件，組成CCD的基本單元是金屬-氧化物-半導體結構?；締卧址譃閮深?lèi)：光敏單元與移位寄存單元。兩者的區別在于：前者接受有效頻率入射光的刺激產(chǎn)生光電效應，生成信號電荷；后者依靠于前者的相鄰且緊密排列形成兩者勢阱的相互溝通、耦合，借助結電容柵極電壓的控制來(lái)實(shí)現信號電荷從前者向后者的轉移(耦合)。根據光線(xiàn)反射的強弱CCD會(huì )輸出大小不同的電壓，通過(guò)單片機的AD轉化接口將相應電壓值轉換成大小不同的數值，根據數值大小來(lái)分析路徑信息。
CCD圖像傳感器輸出的是視頻同步信號，經(jīng)視頻同步分離芯片LM1881后，視頻信號分成場(chǎng)同步信號、行同步信號、奇偶場(chǎng)信號以及視頻信號，電路的典型連接及重要引腳信號如圖1所示。利用這些同步信號再加上適當的延時(shí)對視頻信號進(jìn)行AD采樣，從而得到圖像信息。這里采用分辨率為320×240的CCD圖像傳感器，每場(chǎng)的掃描周期20 ms，因此，單行視頻信號的持續時(shí)間大約為20 ms／320=62．5μs，將單片機超頻到64 MHz，在單行視頻信號的持續時(shí)間內能采集大約一百個(gè)點(diǎn)左右，能很好的滿(mǎn)足橫向精度要求。每場(chǎng)信號中包含了285個(gè)有效行，考慮到CCD圖像傳感器在縱向上的畸變，采取非均勻采集的方式，通過(guò)標定，使采集行在實(shí)際位置上是均勻分布的，從而實(shí)現每行之間的實(shí)際距離大致相等，為后續控制提供了方便。

2 黑線(xiàn)提取算法
在采集完一行圖像信息后即對該行數據進(jìn)行二值化處理，即設定一個(gè)閾值，把每個(gè)點(diǎn)的數據與閾值比較，通過(guò)大小判斷該點(diǎn)為黑色或者白色。之后對黑色點(diǎn)的值進(jìn)行累加求取平均值，在對白色點(diǎn)的值進(jìn)行累加求平均值，再取兩值平均作為下一行的閾值進(jìn)行判斷。閾值計算的公式如下：

式中black[i]為黑點(diǎn)的值，white[j]為白點(diǎn)的值，Hold[row]為下一行的閾值。
這種閾值傳遞的方法使得的黑白的檢測判斷更為可靠，排除了光線(xiàn)以及賽道顏色產(chǎn)生的影響。然后遍歷一行數據，由于黑線(xiàn)寬度基本能在3～5點(diǎn)，所以，對該點(diǎn)與相鄰兩點(diǎn)黑白不一致的點(diǎn)進(jìn)行剔除，用相鄰兩點(diǎn)均值作為該點(diǎn)的修正值。最后，對整行數據遍歷，記錄一行數據中黑線(xiàn)邊緣位置、黑線(xiàn)中心及黑線(xiàn)出現次數。這樣對一行的數據處理完畢。
在采集完一場(chǎng)圖像信息后，根據黑線(xiàn)是連續的的特點(diǎn)，對相鄰行之間黑線(xiàn)位置進(jìn)行修正，將不滿(mǎn)足連續性的黑線(xiàn)剔除掉，從而準確提取出黑線(xiàn)的分布情況。