CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用研究

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1、 山东大学威 海 分 校毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目： CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用研究 姓 名 丁振兴 学 号 0312121 院 系 信息工程学院 专 业 自动化 年 级 03 指导教师 毕云峰 2007 年 5 月 24 日山东大学威海分校毕业设计（论文）开题报告论文题目CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用研究 学生姓名： 丁振兴 学号：0312121 专 业： 自动化 指导教师： 毕云峰 2007年 3 月 28日毕 业 论 文 开 题 报 告1、本课题的研究意义在第一届全国大学生智能车大赛中大多数队伍使用了光电对管作为检测黑线的传感器并取得了很好的成绩

2、，但是光电对管也表现出了一些缺点，如对环境光比较敏感，前瞻性不好。采用CMOS图像传感器可以很好的解决上述问题。它的前瞻性是其最突出的特点，使用了图像传感器后大概可以检测车前30cm左右的道路信息比光电对管的7cm有了很大的提高。这将有助于提前对小车的速度、转向角度进行调整，最终提高小车行驶的稳定性和速度。2、本课题的基本内容本课题将主要研究CMOS图像传感器在智能车控制中的应用。这包括CMOS图像传感器的选择，时序驱动电路的制作，图像信号的采集，从采集到的图像中识别出黑线进而判断出路线类型和智能车的运动姿态继而对车的状态进行调整。毕 业 论 文 开 题 报 告3、本课题的重点和难点1) 图像

3、传感器的选择。2) s12单片机与摄像头接口电路设计。3) s12单片机读取视频数据并完成图像的预处理（去噪声）。4) 采集到的图像中识别出黑线进而判断出路线类型和智能车的运动姿态的算法4、论文题纲1) 方案对比，确定方案2) 硬件电路的说明及原理图3) 图像处理的软件流程及算法。4) 论文总结5、进度安排4月1日4月10日：查阅收集资料，确定方案。4月11日4月20日：通过电脑模拟对方案的可行进行研究。4月21日5月10日：着手进行硬件电路的制作调试。5月11日 答辩前： 对硬件、软件进行改进。毕 业 论 文 开 题 报 告6、指导教师意见指导教师： 年 月 日 7、教研室审查意见教研室负责

4、人： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书（由指导教师填写）学 生 姓 名学号指导教师设计（论文）题目主要 研究 内容研 究 方 法主要技术指标(或研究目标)主要 参考 文献注：本表由指导教师根据学生的开题报告填写，下发给学生，并定期检查学生进度。毕业设计（论文）成绩评定表（院系用表）院系： 专业： 年级： 姓名学号设计（论文）总成绩：设计（论文）题目指导教师评语评定成绩： 签名： 年 月 日答辩 小 组 评 语答辩成绩： 组长签名： 年 月 日注：设计（论文）总成绩实行五级记分制，即优秀、良好、中等、及格、不及格。目 录摘 要108一、引言12 二、系统总体设计方案12 （一）比赛的题目要求1

5、2 （二）智能车总体设计方案12（三）CMOS图像采集方案的选择13 三、摄像头的选择与安装14 （一）摄像头工作原理与选择14 （1）摄像头采样机制14 （2）摄像头相关参数说明15 （3）摄像头的选择15 （二）摄像头的安装15 （1）安装示意图15（2）安装原则16 四、系统硬件设计17 （一）系统结构与功能框图17 （二）模块设计17 1电源管理模块17 2视频信号分离模块18 3AD采样模块19 （1）AD采样电路设计19 （2）AD采样方法20 五、系统软件设计20 （一）黑线的边缘检测算法20 （二）算法软件流程图20 六、问题的总结及研究意义22 （一）设计的结论与总结22 （

6、二）研究意义22 谢 辞23 参考文献24 摘 要本文详细介绍了我们为智能车大赛而准备的路径识别系统方案。该系统以Freescale16 位单片机MC9S12DG128 作为系统控制处理器，采用基于CMOS摄像头的图像采样模块获取赛道图像信息，通过边缘检测方法提取赛道黑线，求出小车与黑线间的位置偏差，进而对小车进行控制。文中将介绍CMOS摄像头工作原理及使用方法，电源管理模块和视频信号分离模块的设计和有关参数，AD采样电路设计和采样方法，以及赛道黑线的边缘检测方法。在文章的最后我们还将介绍我们的研究结果和意义。关 键 词 智能车系统，CMOS摄像头，AD图像采样，黑线提取算法， Freesca

7、le16 位单片机ABSTRACTIn this paper we will demonstrate a line identify system scheme prepared for the national intelligent vehicle contest. The system , with the Freescale16-bit single-chip MC9S12DG128 as its control micro processor, use image-sensor module based on CMOS camera to obtain route image inf

8、ormation, then abstract the black line on the contest lane by edge-detection method and calculate the position difference between the vehicle and the black line, and then make the vehicle to be controlled.We will also display the work theory the CMOS camera and how to use of it. The design and the p

9、arameter of power supply module and video signal separate module, as well as the AD sampling circuit, the edge-detection method of the black line will also be introduced. At last, we will be eager to show the outcome and the meaning of our study. KEY WORDIntelligent Vehicle System, CMOS camera ,AD I

10、mage Sampli- ng, edge-detection method, Freescale16-bit Single-chip一、引言在第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车比赛中，需要制作一个基于MC9S12DG128单片机为核心控制单元并可以自主识别路径的模型赛车进行比赛。赛道是一个白底和黑色中心线道路。整个控制系统中，如何准确识别路径中心线参数（位置，角度，曲率等），并计算出赛车与道路中心线的相对位置与相对角度是整个控制系统中的关键。检测路径参数可以使用多种传感器件，如光电管阵列，CMOS（或CCD）图像传感器，激光传感器等，各种检测方法都有相应的优缺点，其中最常使用的方法为光电管

11、阵列和CMOS（或CCD）图像传感器。如何有效利用单片机内部资源进行路径参数检测是确定检测方案的关键。本文所介绍的就是有关CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用研究。文中，我们将详细、系统地介绍有关CMOS图像传感器的相关参数和性能，软硬件结构的设计与工作原理包括传感器的选取，各模块的工作原理、功能、外围电路设计和软件实现，以及对赛道中心线提取的算法问题。二、智能车整体设计方案清华大学承办的全国智能车大赛是引进韩国汉阳大学智能汽车比赛的各项比赛事宜，我们对智能车的整体设计，也完全按照大赛的要求去完成。（一）比赛的题目要求题目的要求总结如下：1. 主要器件使用组委会提供统一的智能车竞赛车模、

12、单片机HCS12开发板、开发软件CodeWarrior和在线调试工具等；2. 参赛队伍在车模平台基础上，制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶；3. 采取硬件、软件，算法各种优化的方法来实现完成时间上的最少和技术质量的最优；4. 车模改装完毕后，尺寸不能超过：250mm宽和400mm长，高度无限；5. 不得任意改动车模的零部件，但是可以为了车模的正常行驶安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等；6. 伺服电机数量不超过3个，传感器数量不超过16个；7. 禁止使用DC-DC升压电路为驱动电机以及舵机提供动力；8. 全部电容容量之和不得超过2000微法；电

13、容最高充电电压不得超过25伏；9. 电路所使用元器件（传感器、各种信号调理芯片、接口芯片、功率器件等）种类与数量都可以自行设计选择，但是不得使用逻辑可编程器件；10. 赛道表面为白色，中心有连续黑线作为引导线，跑道宽度为0.60米，黑线宽25mm，最小曲率半径不小于500mm，可以交叉，交叉角为90，为二维水平平面。（二）智能车总体设计方案本文要研究的是CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用，因此就需要对智能车整体设计方案有一个大致的了解，以方便CMOS图像传感器的使用和设计：根据摄像头方案设计，智能车共包括六大模块：控制处理芯MC9S12DG128，图像采集模块，速度、加速度传感模块，舵机驱动模块，电机驱动模块和辅助调试模块。其中S12 单片机是系统的核心部分。它负责接收赛道图像数据、赛车速度等反馈信息，并对这些信息进行恰当的处理，形成合适的控制量来对舵机与驱动电机进行控制。图像采样模块由S12 的AD 模块，外围芯片（LM1881）和电路，与摄像头组成。其功能是获取前方赛道的图像数据，以供S12 作进一步分析处理。