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1、 基于 CCD 黑白图像检测的寻线智能车设计Design of Intelligence Automotive Black and white image detection based on CCD line 尹绘波 王飞 周浪 （德州学院 cooper）摘要：本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，提出了一种根据 ccd 采集到的像素点电压信号引导小车循迹行驶的方案。本文主要介绍了对 CCD 原始图像的处理，黑线提取，以及转向舵机，控制，摇头舵机控制。并根据方案实际制作了小车。实践证明该方案是可行的。关键词：智能车，ccd，黑线提取，舵机控制，适应性。I.引言飞思卡尔智能车竞赛已
2、经成功举办九届， 分为三个组别：光电组，摄像头组，电磁组， 其中电磁组是检测通电导线产生的电磁场信 号，摄像头组通过采集到图像提取黑线，这 两个组别受外界干扰比较小，而从第八届开 始，光电组开始用线性 CCD 采集信号，在我 看来 CCD 就是一个只能采集一行像素值得摄 像头，但是比摄像头更容易受光线影响，因 此我们设计了一套适应性比较强的算法来对 CCD 图像进行处理，以便保证稳定提取到黑 线。II. 设计原理CCD10ms 曝光在跑道上采集到的原始图 像如图所示。图 1 放大两倍后图像图 2 线性 CCD 通过感受外界光线强弱输出 不同的电压值。光线强电压值高，光线暗电 压值低。这样就可以
3、区分黑白，但是 TSL1401 线性 CCD 的输出信号和环境光线 密切相关，在自然光条件比晚上灯光下 AO 引脚输出电压值高出很多，正对着光线比背 着光线输出电压高，白炽灯光下比日光灯下 输出电压高。因此，同一参数（曝光时间、 镜头光圈）难以适应各种环境，因为 ccd 的 这个特性， 许多商家采取了改变曝光时间，改变放 大倍数等很多方法，但是改变曝光时间会占 用更多的 CPU 资源，改变放大倍数需要加运 放。III. 设计方案（程序主题思路）因此我们通过不断的探索，终于找到一种适应性强，无需动态曝光，无需动态放大， 并且可以稳定提取黑线的方案。此方案基本 思路如下：我们观察发现 ccd 在赛
4、道上采集 到的图像在黑线处会有一个大的跳变，因为 这个地方是由白变黑或者由黑边白，因此我 们可以通过寻找最大跳变值来确定黑线位置。 首先我们把 ccd 采集到的 128 个点隔点做差， 我们观察图像发现（图 1，图 2） ，三个点 （中间隔一个）做差差值最大。当然首先你 得先把镜头焦距调到一个跳变特别明显的位 置。然后固定住。从上次中线位置向左找最 大跳变，向右找最小跳变。最大跳变点处即 为左边线，最小跳变点处即为右边线。这种 提线方案的好处是，可以适应不同光线。如 果你的图像很低，并且有有杂波（小的跳变 点） ，你可以软件放大两倍后进行中值滤波， 可以保留大的跳变，滤掉小的跳变。因为我 们
5、CCD 图像较好，固没用此滤波程序。 为了防止在全黑全白时最大跳变点也会 出现，造成误判。我采用了摇头的方案来避 免全黑，所谓摇头就是把 CCD 架在另外的一 个舵机上面，让 ccd 跟随中线摆动，这样就 不会出现全黑，也就不会出现两条黑线全丢， 可以保证大的前瞻。在全白处，我们把最大 跳变和像素点最大值做比较，如果最大跳变 值小于最大值的四分之一，我们就认为是全 白，因为在全白时不会出现特别大的跳变。 另外摇头并不能保证不丢线，因此需要 一个丢线判断。这个判断是，最大跳变值与 最小跳变值得绝对值作比较，如果他们两个 之间差超过较大值的一半，则认为单侧丢线， 单侧丢先后另外一条线按照上次赛道宽
6、度补 出。 摇头舵机的安装，ccd 的安装，如图；摇头过十字一直是一个难题，再加上今 年新加了人字掉头路这一元素，所以我们又 加了一个 CCD,采用双 CCD 摇头方案。十字 的处理思路：远前瞻 ccd 检测到全白后，由 近前瞻 ccd 接管，如果两个 ccd 同时检测到 全白则打正切由远前瞻 ccd 负责循迹，直道 远前瞻 ccd 找到黑线，经过测试此方案既能 保持远前瞻 ccd 60cm 以上的前瞻，又可以稳 定的过十字。 摇头舵机的控制我们没有采用传统的增量式 pid。而是用的位置式 pid。因为我们广 角镜头可以看到几乎两个赛道宽度，并且增 量式 pid 十字不太好处理。 转向舵机的控制，转向舵机的转向量为 摇头舵机打脚加上偏差乘以转向舵机 P，转 向舵机 P 我们用的二次函数。保证直道,小 S, 不晃，并且急弯能打死。主要参考文献1 张阳 吴晔, 滕勤 mc9s12xs 单片机 原理及嵌入式系统开发 电子工业出版社 (2011 年 9 月 1 日) 2 卓晴, 黄开胜, 邵贝贝. 学做智能车M. 北京:北航出版社,2007.3 ,
