智能車圖像采集及優化處理的研究

貴州大學電氣工程學院 葛俊杰 何志琴 吳 遜

0 引言

隨著時代的發展，科技的進步，智能車越來越廣泛的出現在在人們的生活中。不同類型的智能車幫助人們完成不同的工作，具有攝像頭的智能車，對于環境的信息的判斷更為準確，相對于普通的傳感器而言，圖像識別所需要處理更多的數據，增長的處理時間，影響的智能車控制性能。因而，在不減少圖像信息的基礎上，對圖像處理進行優化，縮短處理時間，對智能車的發展有著重要的意義[1]。

圖1 系統結構框圖

1 智能車圖像采集總體方案

智能車系統設計包括道路信息采集，道路信息處理，智能車控制算法，舵機控制和電機控制等部分。其中信息采集通過攝像頭采集賽道信息完成，信息的處理和控制算法由程序實現。舵機輸出和電機輸出屬于小車的執行機構。系統結構在硬件上分為電源模塊、主控器模塊、舵機控制模塊、圖像采集模塊、電機驅動和測速模塊模塊。在智能車的控制方案實現中，采用恩智浦公司生產的K60系列芯片作為小車的控制器[2]，將攝像頭采集到的圖像信息進行處理提取出虛擬賽道中線，通過虛擬中線計算出賽道偏差，再將偏差值入到控制算法中，從而計算出舵機的控制量，輸出到舵機完成小車方向控制。在小車的速度控制中，K60芯片通過讀取光電編碼器的脈沖信號計算出小車當前速度。將當前速度和小車目標速度帶入控制算法中從而計算出小車電機驅動的控制量，輸出到到電機完成小車速度控制。

2 系統硬件設計

(1)電源設計模塊

智能小車的電源的來源通常是由一塊鎳鎘電池提供。因智能車各模塊所需電壓大小不同，為保證系統各個模塊的正常工作，我們需要為各模塊提供穩定、合適的工作電壓。TPS7350穩壓電路為編碼器測速提供5v工作電壓。經過TPS7350穩壓電路轉化為5v的電壓再經過TPS7333穩壓電路轉化為3V電壓為攝像頭、OLED、K60主控板供電。

(2)轉向控制模塊

舵機是智能小車的控制環節中的執行機構。性能優秀的舵機可以讓小車循跡更加完美。采用S-D5舵機，它使用簡單，便捷功能強大，可直接由控制單元的輸出口控制，供電電源為5V。

(3)電機驅動模塊

智能車的電機驅動模塊一般由三個部分構成，分別是主控制器、驅動電路及電動機，根據實際控制需要智能車的驅動電路需要同時具有快速響應性能和較強穩定性，在接受主控制器產生的PWM波時，能夠迅速地實現對電機進行的轉數調整。采用BTN7971芯片搭建的H橋電路來驅動電機的實現正反轉。BTN7971具有電路簡單、穩定性好、散熱效果好的優點。非常適合智能小車的使用。

(4)圖像采集模塊

采用OV7725數字攝像頭作為賽道信息采集的傳感器。OV7725數字攝像頭的工作原理是：當掃描到某點時，該點處圖像的灰度值被攝像頭中的圖像傳感芯片換成與灰度值對應的電壓值，不同的電壓值經過硬件二值化電路的處理轉化成高低電壓，這樣就完成電壓值的二值化處理（高低電壓）。最后將圖像信息數據通過數據端口輸出到控制器[3]。

3 圖像優化控制方案

傳統的圖像采集的方法大多是使用場中斷與行中斷配合進行圖像的采集，這種方法采集圖像經常出現消隱區等問題，采集過程不穩定且在傳輸過程中需要控制器全程參與，這大大地降低了控制器運行效率[4]。為了改進這一缺點，優化方案如下：當攝像頭采集到圖像時，發出場中斷信號，控制器捕捉到這一場中斷信號，觸發中斷，進入場中斷服務程序，場中斷標志置1。在場中斷服務程序中，初始化DMA傳輸，并使能DMA傳輸。之后控制器捕捉PCLK時鐘信號，PCLK時鐘信號為脈沖方波，它的每一個上升沿都將觸發一次DMA傳輸，每次DMA傳輸將一個字節的圖像信息送入控制器寄存器中，當觸發n次后停止DMA傳輸。DMA傳輸停止時觸發中斷程序進入中斷復位函數，在中斷復位函數里禁止DMA傳輸關閉場中斷，同時標記圖像采集完畢。這樣就完成一場圖像信息的采集。

4 結束語

本設計在吸收結合前人的設計基礎上，建立了合理實用的硬件電路模塊。對于圖像采集部分，以ov7725攝像頭采集圖像信息，采用二值化電路對圖像數據進行二值化處理。在圖像處理中，在傳統賽道邊沿檢測算法的基礎上進行優化的設計，降低了單片機的運算負擔，提高了圖像處理的的效率。