基于飛思卡爾智能車無(wú)線圖像處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：介紹一種基于無(wú)線圖像傳輸?shù)臄z像頭智能車在線調(diào)試與仿真系統(tǒng)。攝像頭智能車的數(shù)據(jù)量大，并且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。使用無(wú)線傳輸圖像模塊把智能車攝像頭的即時(shí)圖像發(fā)送到PC端，經(jīng)過(guò)軟件采集、處理、保存，直觀的顯示，方便調(diào)試者快速發(fā)現(xiàn)智能車運(yùn)行異常的原因。

關(guān)鍵詞：智能車；無(wú)線圖像傳輸

本系統(tǒng)背景是第七屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能車攝像頭組比賽。第七屆比賽規(guī)則比往屆改動(dòng)較大，采用高仿實(shí)際路況的雙線標(biāo)志線及十字路口、S型彎道等。總體的來(lái)說(shuō)這次變動(dòng)大大的增加攝像頭組綜合難度。雖然在改動(dòng)規(guī)則前提下，從第七屆攝像頭組比賽成績(jī)看，智能車速度并沒有降低，反而突破往年歷史車速。迫于這種壓力下，我們致力于開發(fā)一套適合、高效、精確符合自身情況智能車調(diào)試系統(tǒng)。這對(duì)于在比賽中取得更好的成績(jī)尤為重要。

1 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)有硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要是無(wú)線傳輸圖像模塊，軟件部分主要是基于C#圖像處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)首先通過(guò)無(wú)線傳輸模塊把智能車上的圖像傳送到PC端，進(jìn)過(guò)PC端系統(tǒng)軟件采集相關(guān)的圖像信息并保存到相關(guān)的文件夾。用戶通過(guò)指定VC++6.0工程編寫策略控制代碼，然后生成dll文件。系統(tǒng)通過(guò)加載dll文件實(shí)現(xiàn)執(zhí)行用戶自己編寫的控制算法。

用戶可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)快速開發(fā)圖像處理算法和控制算法。用通過(guò)本系統(tǒng)可以更直觀的看到智能車實(shí)時(shí)圖像信息，克服了以前不知道智能車的圖像信息狀態(tài)。使用VC++6.0生成dll文件，編程環(huán)境更貼近單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，大大降低用戶編寫的代碼語(yǔ)法規(guī)則與實(shí)際單片機(jī)開發(fā)的差異，用戶可以更順利的移植算法到單片機(jī)上。

硬件部分主要為RX系列無(wú)線收發(fā)模塊。外圍電路簡(jiǎn)單，僅使用5V供電，適用于智能車電源接口，無(wú)需額外電源供電。具有圖像傳輸穩(wěn)定，干擾小，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小等優(yōu)點(diǎn)。而無(wú)線接收模塊，同樣具有小功率，圖像傳輸質(zhì)量好等特點(diǎn)。接收模塊5V供電可以接使用PC端USB供電，也可以使用單獨(dú)電源供電。

使用前需要把智能車上的攝像頭模擬信號(hào)接入無(wú)線發(fā)射模塊視頻信號(hào)輸入引腳，接收模塊也需要把視頻信號(hào)引腳接入視頻采集卡（將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)），視頻采集卡接PC端，同時(shí)給收發(fā)模塊供電，并且調(diào)好相同的頻道。這樣就實(shí)現(xiàn)了智能車與PC端之間的通信。

軟件部分主要有系統(tǒng)圖像采集和自定義圖像處理算法組成。軟件系統(tǒng)是基于.NET平臺(tái)下C#語(yǔ)言開發(fā)的圖像采集處理監(jiān)控系統(tǒng)。具有跨平臺(tái)，易于管理維護(hù)等特點(diǎn)。

系統(tǒng)圖像采集是調(diào)用C#中的視頻采集接口函數(shù)驅(qū)動(dòng)，在根據(jù)攝像頭幀率采集圖像并且保存到相應(yīng)的文件夾。采集的同時(shí)根據(jù)用戶設(shè)置的采樣參數(shù)對(duì)每一幅圖像進(jìn)行采樣。用戶設(shè)置的參數(shù)包括：采集行，采集列，采集行間隔，采集列間隔，二值化閥值，邊緣檢測(cè)閥值。采樣后圖像將自動(dòng)保存在系統(tǒng)軟件默認(rèn)ImageData文件，也可以由用戶修改。自定義圖像處理算法主要是通過(guò)打開采樣后的圖像同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的圖像算法處理得到直觀的信息。

用戶可以選擇系統(tǒng)默認(rèn)算法或者是使用自己編寫的算法。使用用戶自己編寫代碼時(shí)需要生成dll文件放到系統(tǒng)軟件默認(rèn)的CarStrategy文件下。系統(tǒng)軟件通過(guò)調(diào)用DLL中算法實(shí)現(xiàn)用戶自定義圖像處理算法。用戶自定義算法包括：圖像處理算法，中心值查找算法，曲率計(jì)算算法，理想速度控制算法。算法在處理時(shí)，只對(duì)采樣圖像副本處理，一次錄像多次使用。大大增加系統(tǒng)的靈活性和增強(qiáng)了系統(tǒng)與用戶之間通信。

為了更方便分析圖像，增加了一個(gè)灰度值分析模塊。圖像灰度值分析可以說(shuō)是圖像處理領(lǐng)域一個(gè)重要的技術(shù)。當(dāng)然這里使用的是一些已經(jīng)滿足當(dāng)前比賽的灰度值分析基礎(chǔ)技術(shù)。灰度值分析模塊可以得到一幅圖像的像素灰度值直方圖，并且可以通過(guò)OTSU自動(dòng)閥值算法分析出圖像二值化的最佳閥值，這可以成為調(diào)試智能車圖像二值化閥值得一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)性能綜合分析

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用到實(shí)際智能車調(diào)試中，也存一定的局限性，還需要不斷完善，至于有些問(wèn)題從某種理論分析是很難解決的。

使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)RX無(wú)線模塊容易受到其它無(wú)線頻率的影響，如果室內(nèi)存在2.4G的無(wú)線收發(fā)器都會(huì)對(duì)無(wú)線傳輸模塊產(chǎn)生影響，PC接收到的圖像不穩(wěn)定，容易失真。失真的圖像信息占總傳輸圖像信息的10%。雖然能得到大部分圖像信息，但為了減少不必要誤差。在調(diào)試中盡量關(guān)閉其它無(wú)關(guān)的無(wú)線設(shè)備，如無(wú)線路由等。此外盡量調(diào)試無(wú)線模塊頻率至傳輸圖像最佳。

使用C#庫(kù)中視頻圖像抓拍函數(shù)，得到的是640*480的圖像，但實(shí)際單片機(jī)采集圖像沒有這么多，例如，單片機(jī)實(shí)際采集算法是間隔4行采集1行。所以需要對(duì)640*480的圖像進(jìn)行采樣，得到與單片機(jī)實(shí)際采集圖像近似。而這些往往會(huì)產(chǎn)生一定誤差積累，導(dǎo)致無(wú)法最精確的反應(yīng)智能車實(shí)際圖像。但最終發(fā)現(xiàn)如果把這些圖像應(yīng)用智能車算法調(diào)試中，這些誤差都是忽略不計(jì)的，是不會(huì)對(duì)算法仿真有太大的影響。

因?yàn)樵趯?shí)際仿真算法調(diào)試研究中，通過(guò)軟件處理的圖像信息與實(shí)際單片機(jī)采集圖像信息是接近90%的相似度（已經(jīng)過(guò)智能車串口輸出實(shí)際圖像對(duì)比）。仿真算法更多的是驗(yàn)證算法是否能按照預(yù)期處理各種圖像并得到可靠的信息。實(shí)際智能車在運(yùn)行可能遇到各種各樣的情況，也許目前算法是無(wú)法處理這些情況。仿真算法是研究處理效果更好，算法健壯性更強(qiáng)的算法，這對(duì)于在實(shí)際比賽是至關(guān)重要的。

綜合來(lái)講，整套系統(tǒng)性能可靠性、實(shí)用性已經(jīng)目前的實(shí)際情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)主要無(wú)線圖像傳輸模塊實(shí)現(xiàn)智能車信息與PC通信。只需要通過(guò)簡(jiǎn)單操作，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控或者離線調(diào)試智能車算法。使用實(shí)時(shí)監(jiān)控模式下，不會(huì)產(chǎn)生智能車微控制器額外的負(fù)擔(dān)，以排除調(diào)試工具自身對(duì)智能車的干擾。通過(guò)離線調(diào)試智能車算法，不僅高效分析，而且實(shí)現(xiàn)仿真算法與實(shí)際智能車控制移植性，具有很高的實(shí)用價(jià)值。