基于摄像头循迹智能车的图像二值化方法

文章编号：1〇〇9-2552(2016)07 -0161 -03 D O I：10.13274/ki.hdzj.2016. 07.042

基于摄像头循迹智能车的图像二值化方法

朱琳琳\陈哲2,曾宇3

(1.文华学院信息科学与技术学部，武汉430074;

2.湖北航天技术研究院总体设计所，武汉430040;

3.湖北工业大学理学院，武汉430068)

摘要：系统以飞思卡尔智能汽车竞赛为背景，详细阐述C C D摄像头二值化图像采集的方法。

根据C C D摄像头信号与赛道路径的特点，介绍了采用电压比较电路对C C D摄像头模拟信号进行 二值化处理的方法，有效减少单片机采集图像与图像二值化处理的时间，并提高了路径识别的 分辨率。

关键词：图像；二值化；比较器；M C9S12X S128M A A单片机；摄像头

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A

Image binarization method for camera tracking of the intelligent car

ZHU Lin-lin1，CHEN Zhe2，ZENG Yu3

(1.Department of Information Science and Technology，Wenhua University，Wuhan430074, China；

2.Design I n s t i t u t e of Hubei Space Technology Academy，Wuhan430040, China；

3.School of Science，Hubei University of Technology，Wuhan430068, China)

Abstract:This system taking freescale cup intelligent car racing as the background，elaborated the C C D camera binarization image acquisition method.According t o the characteristics of the C C D camera signal and the track，the voltage comparison circuit i s introduced in the C C D camera analog signal binarization processing method，which effectively reduces the time of image collecting and image binarization processing，and improves the resolution of path identification.

Key words：image;binaryzation;comparator;M C9S12X S128M A A S C M；camera

2016年第7 48 y信息疼产

0引言

目前汽车厂商越来越重视无人驾驶技术的研

发，而飞思卡尔智能汽车竞赛中的智能车就是这样

一种具有自动驾驶功能的微缩模型。飞思卡尔智能

汽车竞赛的摄像头组采用单片机采集C C D摄像头

图像数据，完成赛道路径的识别。采用A/D转换器

对C C D摄像头模拟信号进行采样，存在路径识别分 辨率低，且需要软件对摄像头数据逐一进行数值比 较，完成二值化图像数据处理，消耗大量的单片机计 算资源。因此，本设计使用电压比较电路对C C D摄 像头模拟信号进行二值化处理的方案，并利用单片 机捕获输入通道完成二值化图像数据的采集。

1整体方案设计

本系统是基于M C9S12X S128M A A单片机的二 值化图像采集系统，整体结构设计如图1所示。

图1整体结构图

C C D摄像头输出的模拟图像信号同时输入到 L M1881视频分离芯片和L M339比较器中。

L M1881视频同步分离芯片从模拟图像信号中 提取场同步信号和行同步信号，M C9S12X S128M A A 单片机根据场同步信号和行同步信号产生的中断，收稿日期：2015-07 -01

作者简介：朱琳琳（1987-)，女，硕士，研究方向为控制与决策、控制算法设计。

以控制二值化图像的采集。

L M339比较器通过比较模拟图像信号与设置 的图像二值化比较阈值，将模拟图像信号转换成二 值化图像数据输出。

M C9S12X S128M A A单片机结合场同步信号和 行同步信号的逻辑控制，同时测量L M339比较器输 出的高、低电平的脉宽得到二值化图像数据。

2图像处理硬件设计

C C D摄像头输出信号为模拟量图像信号，通过 硬件处理电路转换成场同步信号、行同步信号、二值 化图像数据，并输出至单片机采集端口。

2. 1视频同步分离

视频同步分离电路如图2所示，视频信号同步 分离采用L M1881芯片，L M1881可以从0. 5V ~ 2V 的标准负极性N T S C制、P A L制、S E C A M制视频信 号中提取行同步、场同步、奇偶场识别等信号。其中 V I D E O为C C D模拟量视频信号输入端，U P为行同 步信号输出端，V_S Y N C为场同步信号输出端。

图2视频同步分离电路

L M1881芯片从完整的视频信号中提取出场同 步信号和行同步信号，场同步信号用于一帧视频信 号采集的逻辑控制，行同步信号用于一行视频信号 采集的逻辑控制。这些信号都是图像数字采集所需 要的同步信号，有了这些同步信号便可确定采集点 具体所在的场和行。

2.2图像二值化处理

图像二值化处理电路如图3所示，视频图像二 值化处理采用L M339比较器，C C D模拟量视频信号 输入至比较器同相端，比较阈值电压输入至比较器 反相端。L M339通过比较C C D模拟量视频信号电 压值与比较电压阈值，完成视频图像信号的二值化 处理。

比较阈值电压通过电位器R8调节，用示波器 测量C C D采集到黑线与白线时输出模拟信号的电 平，调节比较阈值电压至黑线与白线电平的中间值，即得到比较阈值电压。

图3图像二值化处理电路

C C D模拟视频信号电压值高于比较阈值时，则 比较器输出高电平，若C C D输出的视频信号电压值 低于比较阈值，则比较器输出低电平。

3软件设计

二值化图像采集软件运行于M C9S12X S128- M A A单片机，利用M C9S12X S128M A A单片机的中 断及定时器等外设资源，完成二值化图像数据的采 集工作。

3.1系统设置

M C9S12X S128M A A是16位单片机，可运行在 40M H z的总线频率上。M C9S12X S128M A A单片机包 含8路输入捕获通道，由四个标准的缓冲通道T0 -T3 和四个非缓冲通道T4 - T7组成。T0 - T3缓冲通道设有保持寄存器，能够精准地记录脉冲边沿产生的具 体时刻，这些优势无疑为采集二值化图像数据采集提 供了便利条件。系统设置明细如表1所示。

表1系统设置明细表

类型设置状态输人源T0输人通道输人捕获、上升沿中断、下降沿中断场同步信号

T1输人通道输人捕获、上升沿中断、下降沿中断行同步信号

T2输人通道输人捕获、上升沿中断二值化图像数据T3输人通道输人捕获、下降沿中断二值化图像数据捕获定时器禁止复位、分频系数1、自动清标志无

系统时钟倍频至32MHz8MHz晶振

T0输入通道上升沿中断的触发标志着一帧图 像采集的开始，下降沿中断的触发标志着一帧图像 采集的结束。

T1输入通道上升沿中断的触发标志着一行图 像采集的开始，下降沿中断的触发标志着一行图像 采集的结束。

T2输入通道上升沿中断的触发标志着二值化 图像数据由白色变成黑色。

T3输入通道下降沿中断的触发标志着二值化 图像数据由黑色变成白色。

捕获定时器用于记录T1、T2、T3输入通道中断

触发的时间。