【正文】 合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航并把車開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔(dān)當(dāng)起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運(yùn)輸、消防滅火等任務(wù)。這種新型車輛控制方法的核心，就是實現(xiàn)車輛的智能化。最新調(diào)查表明，95％的交通事故是由人為因素造成，交通堵塞也大都與駕駛員不嚴(yán)格遵守交通規(guī)則有關(guān)?；仡櫰嚢l(fā)展的百年歷史，不難發(fā)現(xiàn)其控制方式從未發(fā)生過根本性改變，即由人觀察道路并駕駛車輛，形成“路－人－車”的閉環(huán)交通系統(tǒng)。大容量城市公共交通，如地鐵、輕軌等，其最大優(yōu)點是空間利用率和能源利用率較高。優(yōu)先發(fā)展城市公共交通是提高交通資源利用效率，緩解交通擁堵的重要手段。 應(yīng)用前景城市公共交通是與人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。AGV 從僅由大公司應(yīng)用，正向小公司單臺應(yīng)用轉(zhuǎn)變，而且其效率和效益更好。單元式 AGV主要用于短距離的物料運(yùn)輸并與自動化程度較高的加工設(shè)備組成柔性生產(chǎn)線，除此以外，AGV 還用于搬運(yùn)體積和重量都很大的物品，尤其是在汽車制造過程中用多個載貨平臺式 AGV 組成移動式輸送線，構(gòu)成整車柔性裝配生產(chǎn)線。在 20 世紀(jì) 70 年代和 80 年代初，AGV的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大而且工作條件也變得多樣化，因此，新的導(dǎo)向方式和技術(shù)得到了更廣泛的研究與開發(fā)。但是，20 世紀(jì) 70 年代中期，具有載貨功能的 AGV 在歐洲得到了應(yīng)用并被引入到美國。飛思卡爾賽車及機(jī)器視覺設(shè)計方案第1章 飛思卡爾賽車及機(jī)器視覺的概述 智能車的研究背景 智能車的發(fā)展歷史1953 年，美國 Barrett Electric 公司制造了世界上第 1 臺采用埋線電磁感應(yīng)方式跟蹤路徑的自動導(dǎo)向車，也被稱作“無人駕駛牽引車”。20 世紀(jì) 60 年代和 70 年代初，AGV 仍采用這種導(dǎo)向方式。這些自動導(dǎo)向車主要用于自動化倉貯系統(tǒng)和柔性裝配系統(tǒng)的物料運(yùn)輸。在最近的 1015 年里，各種新型 AGV 被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。最近，小型 AGV 應(yīng)用更為廣泛，而且以長距離不復(fù)雜的路徑規(guī)劃為主。至此出現(xiàn)了智能車的概念。然而，目前世界上許多大城市都面臨著由私人汽車過度使用而帶來的諸多問題，例如道路堵塞、停車?yán)щy、能源消耗、噪聲污染和環(huán)境污染等，這些問題嚴(yán)重降低了城市生活的質(zhì)量。國務(wù)院總理溫家寶于 2005 年 10 月做出重要批示，要求優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，這是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀和建設(shè)節(jié)約型社會的重要舉措。然而，由于缺乏足夠的時間、空間、運(yùn)力靈活性，在客流量不足的情況下，系統(tǒng)效率將大大降低，運(yùn)營成本過高，難以大力推廣和應(yīng)用。隨著交通需求的增加，這種傳統(tǒng)車輛控制方式的局限性日益明顯，例如安全性低（交通事故）和效率低（交通堵塞）。如果要從根本上解決這一問題，就需要將“人”從交通控制系統(tǒng)中請出來，形成“車－路”閉環(huán)交通系統(tǒng)，從而提高安全性和系統(tǒng)效率。 智能車有著極為廣泛的應(yīng)用前景。在普通家庭轎車消費(fèi)中，智能車的研發(fā)也是很有價值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達(dá)會自動探測前方的障礙物，電腦會控制車輛自動停下來，撞車就不會發(fā)生了。各參賽隊完成智能車工程制作及調(diào)試后，于指定日期與地點參加比賽。但與去年不同的是，今年的賽道與去年不同，今年的賽道黑色軌跡不是在中間而是在兩邊，對于攝像頭足來說難度不是太大，對于激光組來說有一定的挑戰(zhàn)性。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過圖像傳感器（即圖像攝取裝置，分為CMOS攝像頭和CCD攝像頭兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，這個過程是由AD采樣來完成的，然后把結(jié)果傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。 小結(jié)基于此，本文主要解決的問題如下：1. 如何選擇攝像頭。關(guān)鍵是如何選擇。飛思卡爾比賽是競速比賽，利用攝像頭采集圖像時必須要滿足圖像的快速性，因為采集的速度直接影響到處理器對賽車的實時控制。二值化有多種方式，如何找到一種最優(yōu)的二值化方式。通過以上幾個問題的解決，可以大大的提高飛思卡爾賽車的穩(wěn)定性和快速性。同時外加小液晶和相應(yīng)按鍵，這樣可以根據(jù)現(xiàn)場情況來調(diào)節(jié)相應(yīng)的PID參數(shù)來適應(yīng)相應(yīng)路況。 攝像頭的對比與選擇 攝像頭的選取圖像傳感器即攝像頭是組成機(jī)器視覺系統(tǒng)的非常重要的元器件。CCD也稱電耦合器件，其工作原理是：被攝物體反射光線到攝像頭上，經(jīng)過鏡頭聚焦到CCD感光芯片上，感光芯片根據(jù)光線的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)電荷，經(jīng)周期性放電而產(chǎn)生表示圖像的電信號。它們的差異之處就是圖像的掃描方式不同，CCD是采用連續(xù)掃描方式，即它只有等到最后一個像素掃描完成后才進(jìn)行放大；CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷放大為電信號的轉(zhuǎn)換器。由于CMOS功耗小，較CCD要便宜，而且圖像質(zhì)量滿足要求。也可以使用PAL制式黑白攝像頭和單片機(jī)片內(nèi)部AD來進(jìn)行圖像采集。對于整個程序的流程也有很多不同，有采完一場圖像后進(jìn)行處理的，也有采集一行就進(jìn)行處理的。目前的模擬攝像頭一般都是PAL制式的，輸出的信號由復(fù)合同步信號，復(fù)合消隱信號和視頻信號組成。在這里我們通過AD采集來得到亮度信號。當(dāng)電子槍收到行同步信號時，電子束就從上一行的最右端移動到下一行的最左端。在這里我們需要用這個信號來控制采集像素的時序。即收到復(fù)合同步信號后，電子槍要換位置時是不能發(fā)射電子束的，這時候就由這個信號來消隱。由于人眼看到的圖像大于等于24Hz時人才不會覺得圖像閃爍，所以PAL制式輸出的圖像是25Hz，即每秒鐘有25幅畫面，說的專業(yè)點就是每秒25幀，其中每一幀有625行。 數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620是1/3CMOS彩色/黑白圖像傳感器。OV7620采用的是NTSC制，每秒30幀，一幀兩場，那么每秒就有60場。7620支持VGA（640x320）QVGA(320x240),且默認(rèn)的是VGA格式，通過調(diào)整SCCB可以改為QVGA格式。那么像素同步時間增大了，采點方便。320x240 pixels，理解為：有320行，一行有240個點。 攝像頭的選定經(jīng)過對比，選擇數(shù)字?jǐn)z像頭不僅可以縮短設(shè)計周期，而且采集速度準(zhǔn)確快速，所以最終選擇數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620。經(jīng)過二值化處理后將原來白色的像素點用“0”表示，而黑色像素點用“1”表示。比較常用的二值化方法則有：雙峰法、迭代法、大津法和灰度拉伸法等。因此，可以采用直方圖統(tǒng)計法來對其閥值進(jìn)行自動設(shè)定，具體方法如下。這將能較直接地比較出亮度值集中的區(qū)域，以兩個波峰的中心位置所在的中點值作為該賽道的二值化閥值。 迭代法迭代法是基于逼近的思想進(jìn)行設(shè)計的。迭代所得的閾值分割的圖象效果良好。 大津法大津法由大津于1979年提出，對圖像Image，記t為前景與背景的分割閾值，前景點數(shù)占圖像比例為w0，平均灰度為u0；背景點數(shù)占圖像比例為w1，平均灰度為u1。從最小灰度值到最大灰度值遍歷t，當(dāng)t使得值g=w0*(u0u)2+w1*(u1u)2 最大時t即為分割的最佳閾值。因方差是灰度分布均勻性的一種度量,方差值越大,說明構(gòu)成圖像的兩部分差別越大,當(dāng)部分目標(biāo)錯分為背景或部分背景錯分為目標(biāo)都會導(dǎo)致兩部分差別變小，因此使類間方差最大的分割意味著錯分概率最小。 灰度拉伸一種改進(jìn)的大津法大津法得到了廣泛的應(yīng)用，但有人發(fā)現(xiàn)，大津法致命的缺陷是當(dāng)目標(biāo)物與背景灰度差不明顯時，會出現(xiàn)無法忍受的大塊黑色區(qū)域，甚至?xí)G失整幅圖像的信息。這種方法的原理其實就是在大津法的基礎(chǔ)上通過增加灰度的級數(shù)來增強(qiáng)前后景的灰度差，從而解決問題。 二值化方案的最終選定在飛思卡爾賽車比賽中，由于要考慮到圖像采集的速度和準(zhǔn)確度。基于迭代的閾值能區(qū)分出圖像的前景和背景的主要區(qū)域所在，但在圖像的細(xì)微處還沒有很好的區(qū)分度，因此不采用。而對于灰度拉伸法，適合處理對速度要求不高的圖像處理，處理數(shù)據(jù)量大，因此也不予采用。 傳統(tǒng)的去噪法對隨時間變化的信號，通常采用兩種最基本的描述形式，即時域和頻域。對應(yīng)的圖像的去噪處理方法基本上可分為空間域法和變換域法兩大類。變換域法是在圖像的變換域上進(jìn)行處理，對變換后的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后進(jìn)行反變換達(dá)到圖像去噪的目的。傳統(tǒng)時域處理方法主要有均值濾波和中值濾波。設(shè)一幅圖像為的陣列，處理后的圖像為，它的每個像素的灰度級由包含領(lǐng)域的幾個像素的灰度級的平均值所決定，即用下式得到處理后的圖像: (2l)式中；s是以點為中心的鄰域的集合，M是s內(nèi)坐標(biāo)總數(shù)。半徑愈大，則圖像模糊程度也愈大。2. 中值濾波中值濾波是一種非線性濾波，由于它在實際運(yùn)算過程中并不需要圖像的統(tǒng)計特性，所以比較方便。在一定的條件下，可以克服線性濾波器所帶來的圖像細(xì)節(jié)模糊，而且對濾除脈沖干擾及圖像掃描噪聲最為有效。中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替。用數(shù)學(xué)公式表示為: (22)例如：有一個序列為{0，3，4，0，7}，則中值濾波為重新排序后的序列{0，0，3，4，7}中間的值為3。因此平均濾波的一般輸出為: (23)對于二位序列 進(jìn)行中值濾波時，濾波窗口也是二維的，但這種二位窗口可以有各種不同的形狀，如線狀、方形、圓形、十字形、圓環(huán)形等。對于有緩變的較長輪廓線物體的圖像，采用方形或圓形窗口為宜，對于包含尖頂角物體的圖像，適宜用十字形窗口。與平均濾波器相比，中值濾波器從總體上來說，能夠較好地保留原圖像中的躍變部分?，F(xiàn)在小波分析已經(jīng)滲透到自然科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、社會科學(xué)等領(lǐng)域。小波去噪的方法有多種，如利用小波分解與重構(gòu)的方法濾波降噪、利用小波變換模極大值的方法去噪、利用信號小波變換后空域相關(guān)性進(jìn)行信噪分離、非線性小波閾值方法去噪、平移不變量小波去噪法，以及多小波去噪等等。其中最常用的就是閾值法去噪，本文主要研究閾值去噪。Donoho提出了一種非常簡潔的方法對小波系數(shù)進(jìn)行估計。因此，通常的去噪辦法是尋找一個合適的數(shù)作為閾值（門限），把低于λ的小波函數(shù)（主要由信號引起），設(shè)為零，而對于高于的小波函數(shù)（主要由信號引起），則予以保留或進(jìn)行收縮，從而得到估計小波系數(shù)，它可理解為基本由信號引起的，然后對進(jìn)行重構(gòu)，就可以重構(gòu)原始信號。一般軟閾值估計定義為 （27）（4）.綜上所述基于空域的平均濾波法和非線性的中值濾波都是通過對圖像像素的灰度值進(jìn)行運(yùn)算，達(dá)到平滑圖像的效果。但對于脈沖干擾來講，特別是脈沖寬度小于濾波器的窗口寬度一半，中值濾波還是很有效的。 去噪方法的最終確定綜上所述基于空域的平均濾波法和非線性的中值濾波都是通過對圖像像素的灰度值進(jìn)行運(yùn)算，達(dá)到平滑圖像的效果。但對于脈沖干擾來講，特別是脈沖寬度小于濾波器的窗口寬度一半，中值濾波還是很有效的。而小波法去噪又剛好克服了這些缺點，所以最終選擇了小波法去噪。第3章 硬件設(shè)計 硬件總體方案設(shè)計為滿足飛思卡爾賽車的設(shè)計要求，總體硬件思路如下設(shè)計思路：通過對攝像頭采集到的圖像的進(jìn)行處理，然后通過測速電機(jī)對小車的實時速度的采集，通過處理器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后控制小車的運(yùn)動方向和速度。本章主要論述的是各種方案的對比以及最終方案的選擇。然后用合適的算法，如跟蹤邊緣檢測算法，分析圖像數(shù)據(jù)，提取目標(biāo)指引線。本智能車輛定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。圖31 智能車結(jié)構(gòu)圖雖然輪胎、驅(qū)動電機(jī)、舵機(jī)和電池等車模主要結(jié)構(gòu)不能作改動，但是一些機(jī)械結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)仍然會對小車性能產(chǎn)生影響，為此我們對這些細(xì)節(jié)進(jìn)行了一定的調(diào)整。電路板上包括了S12單片機(jī)工作所必需的穩(wěn)壓模塊、時鐘模塊和復(fù)位模塊，同時還包括了調(diào)PID參數(shù)電路、串口以及無線SPI接口等。 攝像頭的安裝攝像頭的安裝位置應(yīng)合適選取。 安裝位置合適的一個標(biāo)準(zhǔn)是：在此位置的拍攝范圍能滿足控制的需要。作為本設(shè)計的賽車系統(tǒng)，控制策略涉及到賽車入彎時能區(qū)分S彎還是普通的單向彎。圖33 智能車攝像頭安裝圖 小結(jié)由于小車要快速奔跑，需要保證它的穩(wěn)定性堅固性，對于小車的布局都有嚴(yán)格的要求，經(jīng)過測試如上圖的的布局最為合理。//動態(tài)閾值uchar max。 //雙峰法的最小值/********************二值化***********************/void Binary(void){ for(temp_i = 0。temp_i++) //每行求一次動態(tài)閾值 { max = 110。 //賦初值 for(temp_j = 0。temp_j++) { /*取值范圍在40250中間*/ if(Data_buffer[temp_i][temp_j] max amp。 Data_buffer[temp_i][temp_j] = 250) max = Data_buffer[temp_i][temp_j]。amp。 } threshold = (uchar)((max+min)/2)。 //每行求一次動態(tài)閾值 //Data_Binary(temp_i + 1,threshold)。 //沒行求一次動態(tài)閾值 //Data_Binary(temp_i + 3,threshold)。 //沒行求一次動態(tài)閾值 } } 閥值點 個數(shù) 黑線中心區(qū)域 底板中心區(qū)域50004000300020001000 寬度值圖42 直方圖統(tǒng)計法 從分割（如圖42所示）的效果來看，當(dāng)前后景的對比較為強(qiáng)烈時，分割效果較好；否則基本無效。該節(jié)首先產(chǎn)生一個實驗信號