基于攝像頭的路徑信息采集系統的簡(jiǎn)易設計與實(shí)現

摘要： 本文基于freescale 16位HCS12單片機的輸入捕捉功能設計一種視頻信號采集系統。在該系統中，將CMOS攝像頭的輸出信號二值化，利用單片機輸入捕捉功能實(shí)時(shí)對信號采樣、處理，提取出黑色導引線(xiàn)的形狀特征。實(shí)驗證明：系統能很好地滿(mǎn)足智能車(chē)對路徑識別性能和抗干擾能力的要求，實(shí)時(shí)性好，測量精度高，同時(shí)硬件和軟件的開(kāi)銷(xiāo)都比較小。
關(guān)鍵詞： 圖像二值化；HCS12單片機；視頻圖像；比較器

引言

第二屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車(chē)競賽中，要求各參賽隊賽車(chē)在規定的賽道上行駛，速度快者勝出。由于跑道只有黑、白兩色，對圖像的灰度沒(méi)有要求，所以只需要反映反射光線(xiàn)的強弱。若用A/D進(jìn)行采樣，不僅軟件設計比較麻煩，而且測量的精度和響應時(shí)間都不夠理想，抗干擾能力也較差。本文摒棄傳統的視頻信號采集方法，結合單片機的輸入捕捉功能，提出一種新的路徑識別方法，并在實(shí)際系統中得到應用，實(shí)踐表明該方法不僅使系統具有良好的性能，而且容易實(shí)現。

視頻信號的特征

使用CHD-918B面陣CMOS攝像頭，通過(guò)對內部電路的改造，可以在５V電壓環(huán)境下正常工作，輸出PAL 制式模擬視頻信號，如圖1所示。每秒掃描50場(chǎng)圖像，一場(chǎng)又有312.5行，每行圖像信號時(shí)間為64μs，除去行同步頭，其中有效的圖像信號約為59.3μs。所以，若選用S12的A/D轉換器采集，轉換耗時(shí)壓力大，圖像分辨率低。

系統設計思想

設計是于白色跑道和黑色導引線(xiàn)對光反射能力不同的設計思路，同時(shí)又結合單片機的輸入捕捉功能模塊來(lái)實(shí)現的。

根據競賽的實(shí)際情況和要求，只需要在白色背景的跑道中提取出黑色的導引線(xiàn)，而與圖像的灰度無(wú)關(guān)，通過(guò)分析攝像頭輸出信號的特點(diǎn)，利用比較器將視頻信號二值化，進(jìn)而把黑色導引線(xiàn)與白色背景區分開(kāi)來(lái)，如圖2所示。同時(shí)，由于導引線(xiàn)的寬度是恒定的，行掃描時(shí)間和同步頭時(shí)間也是定值，通過(guò)軟件簡(jiǎn)單編程就可以濾除環(huán)境干擾，達到不錯的濾波效果。