最新基于圖像識別的尋跡小車設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 5 總結和展望 17參考文獻 18致 謝 201 緒論 論文主要內容鑒于目前比較成熟的智能尋跡小車大多采用紅外傳感器實現尋跡，論文提出了一種基于圖象識別的智能尋跡方案，采用攝像頭對道路圖象信息進行采集，利用STM32處理器完成軌跡識別與小車行進控制。在系統設計中采用PID經典控制算法，實現了對小車速度和方向的精確控制。同時利用OLED顯示屏對采集到的圖像畫面實時顯示，方便調試和校對。論文主要內容包括：1）OV7620攝像頭采集圖像思路；2）圖像處理與圖像識別的介紹；3）STM32微處理的應用軟硬件平臺的搭建：采用Altium Designer繪制PCB版圖，為STM32搭建最小硬件系統，利用RVMDK ；4）尋跡方案的設計：紅外傳感器和CMOS傳感器優劣勢對比；5）電源設計方案：設計的系統中使用到了多個不同電壓值的電源，所以選取一種合理的電源穩壓方案；6）大功率電機驅動電路：選取一種合理的直流電機驅動電路；7）OLED顯示屏：實時顯示攝像頭采集的畫面。 OV7620攝像頭采集圖像思路采集圖像思路：方案一：使用for循環延時采集 1）需要采集圖像時，開場中斷2）場中斷到來，開啟行中斷，關場中斷3）行中斷里用for 循環延時采集像素，可以在行中斷里添加標志位，部分行不采集，即可跨行采集4）行中斷次數等于圖像行數時即可關閉行中斷，標志圖像采集完畢這種方法最簡單，但采集圖像最不穩定，經常出現消隱區全為0等問題。方案二：使用場中斷和行中斷，結合for循環延時采集1）需要采集圖像時，開場中斷2）場中斷來了，開行中斷3）行中斷來了就結合for循環延時采集，如果先過濾部分行不采集，則設置一個靜態變量，每次行中斷來了都自加1，根據值來選擇采集或不采集某些行4） 每個奇偶場標志觸發后，就把攝像頭輸出的值讀取到內存數組里。當觸發n次（n=圖像列數目）后就停止采集5）行中斷次數等于一幅圖像的行數，或者等待下一個場中斷來臨就結束圖像采集，關閉行中斷和場中斷這種方法不需要使用PCLK，使用簡單方便，不過延時值需要設置合適，不然要不就采集到消隱區，要不就只采集圖像的左邊部分。通過對以上兩種方案的理論分析和實驗對比，最終確定用方案二來實現OV7620攝像頭圖像采集。 圖像處理與圖像識別在研究圖像時，首先要對獲得的圖像信息進行預處理（前處理）以濾去干擾、噪聲，作幾何、彩色校正等，以提供一個滿足要求的圖像。圖像處理包括圖像編碼，圖像增強、圖像壓縮、圖像復原、圖像分割等。對于圖像處理來說，輸入是圖像，輸出（即經過處理后的結果）也是圖像。圖像處理主要用來解決兩個問題：一是判斷圖像中有無需要的信息；二是確定這些信息是什么。圖像識別，簡單地說，就是要把一種研究對象，根據其某些特征進行識別并分類。可以認為，對數字圖像進行區別分類其實質就是對圖像進行模式識別。圖像識別就是對處理后的圖像進行分類，確定類別名稱，它可以在分割的基礎上選擇需要提取的特征，并對某些參數進行測量，再提取這些特征，然后根據測量結果做出分類。為了更好地識別圖像，還要對整個圖像做結構上的分析，對圖像進行描述，以便對圖像的主要信息做一個好的解釋，并通過許多對象相互間的結構關系對圖像加深理解，以便更好幫助和識別。故圖像識別是在上述分割后的每個部分中，找出它的形狀及紋理特征，以便對圖像進行分類，并對整個圖像做結構上的分析。因而對圖像識別環節來說，輸入是圖像（經過上述處理后的圖像），輸出是類別和圖像的結構分析，而結構分析的結果則是對圖像做描述，以獲得對圖像的重要信息的解釋。下圖是圖像處理（）和圖像識別（）的示意圖： 圖像處理示意圖 圖像識別示意圖2 尋跡小車硬件設計 系統組成： 系統組成圖該論文設計的系統主要包括以下五個部分：電源模塊、圖像傳感器檢測模塊，主控板模塊、直流電機驅動模塊、圖像顯示模塊。 尋跡方案的設計智能尋跡小車的檢測外部信息一般采用紅外傳感器和攝像頭傳感器。目前較通用的是紅外光電管，它根據光電管發出的紅外光對地面不同顏色產生強度不同的發射信號特征，由安裝在車前方5~10厘米處的一橫列光電管對前方道路的顏色進行采樣分析，從而識別路徑。為保證檢測精度，光電管必須安裝在距地面較近的區域，這使得光電管傳感器不能提供充分的前瞻距離，從而影響了小車在高速運行時的過彎能力；同時光電管是反射式紅外傳感器，測量的結果受地面的顏色、平整度等各種因素的影響；另外，每個光電傳感器只能獲得一個數據點信息，獲得路徑的信息太少。攝像頭傳感器方案的優勢在于具有較大的前瞻距離，這有利于賽車在行進中預知路徑情況，從而實現高速過彎和抄近道。另外，面陣式攝像頭采用行掃描模式，一副圖像可采集多達上千個數據點，因此賽道信息大大豐富。然而豐富的賽道信息造成數據采集量大，處理時間長等問題，并且攝像頭易受光線和賽道背景顏色的干擾。上述兩種方案中，紅外光電管的成本比攝像頭的價格低，但是該論文是為了研究一款工業級產品，如果采用紅外光電管尋跡，必須要用大量的紅外傳感器，其價格也不比攝像頭低，且其性能沒有攝像頭優，就這兩種方案的性價比來說，攝像頭的性價比更高一些。針對上述兩種尋跡方案，該論文選擇攝像頭傳感器尋跡，所采用的CMOS攝像頭是一種以CMOS感光器件為主的高分辨率、低功耗圖像傳感器，為了減少硬件系統開銷，選用數據量較少的黑白攝像頭也可滿足要求。 電源設計 1200mAh的鉛酸電池做為系統的電源，接法為兩串， 2400mAh的直流電源。由于系統中存在著多種微控制器。該系統采用比較常用的電源穩壓芯片，即線性穩壓芯片，另一種為開關穩壓。 7805線性穩壓芯片應用電路從電路中可以看出，線性穩壓電源的外圍電路相對簡單，節省PCB板空間。線性穩壓芯片的輸出紋波系數一般比較小，在該系統中5V的電壓源負載比較重，對電壓紋波也不是很敏感。，主要給OLED顯示模塊供電，選用低噪聲、。 通過上電測試，在7805線性穩壓電路的輸入端輸入8V電壓，，這兩個電源滿足該系統設計要求。 主控模塊設計主控模塊采用意法半導體的STM32F103ZET6芯片搭建的一個硬件平臺。STM32F103ZET6是一款ARM 32位的CortexM3內核的微處理器，512K字節的閃存程序存儲器，高達64K字節的SRAM，最高時鐘頻率為72MHz，三個12位模數轉換器，多達21通道，支持12通道的DMA ，多達13個通信接口其中有5個USART,多達112個通用IO口。由于該系統涉及到了一些數字信號處理，使用專用的DSP芯片成本會很高，而且開發難度也很大。所以采用了一種折中的芯片選型方案，選擇了一款高性價比的嵌入式微處理器做主控板。從STM32F103ZET6的指令的吞吐量和存儲空間上看，此款芯片很適合做為該系統的主控芯片。通其豐富的外部設備，如ADC為陀螺儀