摄像头智能车设计方案

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摄像头与图像处理
图像采集
初始化
场中断
Lin = 0,Col = 0 …
图像存储数组为 Img[Lin][Col]
图像处理 相关操作
END
行中断 Col = 0,Lin++
采集一个点，Col++ N
点数足够？
Y END
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摄像头与图像处理
图像采集
✓图像采集速度受AD模块频率限制，应尽可能提高AD时钟频率，以提高单位时间 内采集的图像点数。
CMOS
CCD
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摄像头与图像处理
按输出信号类型划分，摄像头又可分为模拟式和数字式。
模拟式可见于CCD和CMOS， 数字式目前做智能车可用的只有CMOS。
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OV7620数字摄像头
摄像头与图像处理
摄像头信号
信号制式 ：NTSC、PAL、SECAM 1.正交平衡调幅制——National Television Systems Committee，简称NTSC制。 采用这种制式的主要国家有美国、加拿大和日本等。 2.正交平衡调幅逐行倒相制——Phase-Alternative Line，简称PAL制。中国、 德国、英国和其它一些西北欧国家采用这种制式。 3.行轮换调频制——Sequential Coleur Avec Memoire，简称SECAM制。采用这 种制式的有法国、前苏联和东欧一些国家。
摄像头的选用
根据感光器件单元分类，摄像头有两类：CCD和CMOS
二者比较如下： CCD
CMOS
灵敏度
同样面积下高
感光开口小，灵敏度低
成本
成本高
CMOS整合集成，成本低
解析度
高
低Байду номын сангаас
噪点比
噪点低
高
功耗
高
低
灵敏度高决定了图像动态性好，高解析度决定了前瞻距离远。 因此CCD摄像头是较好的选择。
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摄像头与图像处理
智能车摄像头通常为PAL制式
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摄像头与图像处理
PAL制式信号
特点：每秒25帧，每帧625行，分为奇场（由第1，3，5…行组 成）和偶场（由 第2，4，6…行组成）。 组成：图像信号、复合同步信号、复合消隐信号
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摄像头与图像处理
PAL制式信号
复合消隐信号的作用： 在图像的分解或恢复的扫描逆程中，若不采取措施，将出现行、场回扫线，这将 对正程所传送的图像起干扰作用。复合消隐信号能消除行、场回扫线。 复合同步信号的作用： 为了收、发同步的需要，视频信号发送端每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲； 每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲，它们分别在行与场逆程期间传送，其宽 度分别小于行、场逆程时间。
✓采用片外AD芯片代替片上AD，或者采用硬件二值化，通过I/O口读取数据，可明 显提高图像采集速度。
✓图像采集行中断程序应包含尽量少的操作（条件判断、变量累加），以提高程 序执行次数。
✓测试发现，用指针直接访问数组比通过数组名访问数组速度要快，因此对图像 数组的访问也应尽量用指针的方式。
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图像处理
黑色边线
白色背景
摄像头与图像处理
赛道图像
弯道
十字交叉
无关信息
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直道
摄像头与图像处理
图像处理
灰度图像： 所谓灰度图 (Grayscale)是只含亮度信息，不含色彩信息的图像，就像平时看到 的亮度由暗到明的黑白照片，这种变化是连续的。因此，要表示灰度图，就需要 把亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别，0最暗(全黑)，255最亮(全 白)。 本系统所使用的摄像头采集到的就是黑白图像，经过A/D（8位精度）量化用256 阶灰度值进行表示。
Futaba S3010 舵机
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摄像头智能车系统概述
系统总体框图
电源管理 模块
CCD图像 采集模块
蓝牙串口 通信模块
MCF52259 控制器
舵机
转向轮
BTS7960驱动模块
直流电机
驱动轮
光电编码器
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摄像头智能车系统概述
智能车的工作过程：
1.摄像头捕捉跑道的图像，并传输给单片机； 2.单片机内嵌程序对图像信息进行处理，根据控制策 略得出电机应达到的转速和舵机应有的打角，并控 制舵机和电机驱动模块作出相应的动作（舵机改变 打角、电机加减速）； 3.光电编码器跟随小车的运行向单片机发出脉冲，单 片机通过脉冲计数模块记录脉冲个数从而计算出电 机转速，并进行速度调节；
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摄像头与图像处理
PAL制式信号
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摄像头与图像处理
复合视频信号的分离
行同步 场同步
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摄像头与图像处理
视频信号分离芯片：LM1881
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图像采集
图像信号
摄像头与图像处理
LM1881
行 同 步
ECT1
场 同 步
ECT2
AD 单片机
行、场同步信号分别作 为中断源输入单片机， 从而确定何时开始采集 新的一行、何时采集新 的一副图像。 这两个中断信号可称为 “行中断”、“场中 断”。 通常，采集模拟摄像头 需要用到单片机AD模块， 也可采用片外AD转换器。
数字
SCI模块
输入 输出 输出 输入和输出
*传输方向指对单片机而言
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单片机片上资源分配
内存分配
内存用于程序运行期间指令、变量的存储。
单片机内存较小（以XS128为例，8K），应避免浪费。
尤其应注意图像数据（二维数组）的存储空间 1 1 0 …1 0 0 1 1 1
char Image[60][100]
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单片机片上资源分配
小车功能模块
信号类型
对应单片机模块
传输方向*
图像采集
模拟（图像信息） AD、ECT输入捕捉
（以CCD为例） 数字（中断信号） （或INT中断）
输入
光电编码器
数字（脉冲） ECT脉冲累加PA
舵机
数字（PWM）
PWM模块
电机驱动模块 数字（PWM）
PWM模块
蓝牙串口通信模块
1 1 0 …1 0 0 1 1 1
60行
1 1 0 …1 0 0 1 1 1 1 1 0 …1 0 0 1 1 1 1 1 0 …1 0 0 1 1 1
60×100Byte =6KB
…………………………
1 1 0 …1 0 0 1 1 1
1 1 0 …1 0 0 1 1 1
100列
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摄像头与图像处理
摄像头 智能车设计方案
主要内容
➢ 摄像头智能车系统概述 ➢ 单片机片上资源分配 ➢ 摄像头及图像处理 ➢ 电机、舵机及其控制 ➢ 硬件设计方案 ➢ 软件设计方案
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摄像头智能车系统概述
驱动模块及直流电机
CCD摄像头
光电编码器 智能车系统主板
ColdFire系列单片机 MCF52259最小系统