攝像頭黑線(xiàn)識別算法和賽車(chē)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(chē)大賽規則要求，根據賽道特點(diǎn)，主要有兩種尋線(xiàn)設計方案：光電傳感器方案和攝像頭方案。

這兩種方案各有特點(diǎn)：光電傳感器構成“線(xiàn)型檢測陣列”的方案簡(jiǎn)單易行，但由于受規則限制(傳感器數量不超過(guò)16 個(gè))， 光電管的數量不可能太多，從而單個(gè)線(xiàn)型檢測陣列所能確定的指引線(xiàn)信息較少。所以采用此方案尋線(xiàn)精度不夠高，在舵機轉向控制時(shí)會(huì )產(chǎn)生直道蛇行或彎道舵機回擺，并且判斷距離有限。

因此我們選擇采用攝像頭作為尋線(xiàn)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，規定使用的MC9S12DG128 運算速度和自身AD 口的采樣速度能夠適應對黑白低線(xiàn)數攝像頭的有效視頻采樣和對大量圖像數據的處理。

圖像數據信息特點(diǎn)

攝像頭的主要工作原理具體而言(參見(jiàn)圖1)，攝像頭連續地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續的電壓視頻信號，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。這樣相當于，緊接著(zhù)每行圖像對應的電壓信號之后會(huì )有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標志。然后，跳過(guò)一行后(因為攝像頭是隔行掃描的方式)，開(kāi)始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場(chǎng)的視頻信號，接著(zhù)就會(huì )出現一段場(chǎng)消隱區。此區中有若干個(gè)復合消隱脈沖，其中有個(gè)脈沖遠寬于(即持續時(shí)間長(cháng)于)其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱(chēng)為場(chǎng)同步脈沖，它是掃描換場(chǎng)的標志。場(chǎng)同步脈沖標志著(zhù)新的一場(chǎng)的到來(lái)，不過(guò)，場(chǎng)消隱區恰好跨在上一場(chǎng)的結尾部分和下一場(chǎng)的開(kāi)始部分，得等場(chǎng)消隱區過(guò)去，下一場(chǎng)的視頻信號才真正到來(lái)。攝像頭每秒掃描25 幅圖像，每幅又分奇、偶兩場(chǎng)，先奇場(chǎng)后偶場(chǎng)，故每秒掃描50 場(chǎng)圖像。奇場(chǎng)時(shí)只掃描圖像中的奇數行，偶場(chǎng)時(shí)則只掃描偶數行。

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 那樣的運算能力，因此我們采用了只有黑白制式、320