[发明专利]基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及机车自动控制领域，具体是能实现车辆遵循地面导航线自主导航功能的嵌入式单目视觉导航系统。

背景技术

随着科技和经济的发展，自主导航车辆(AGV)在工业领域获得了广泛的应用。基于视觉的导航系统则成为国内外AGV领域的研究热点。目前基于PC的视觉导航系统尽管占据主流位置，但也存在诸多致命缺陷；嵌入式视觉导航系统取代PC板卡系统成为了必然的趋势。但由于软/硬件资源的限制，嵌入式视觉导航系对复杂环境的适应性十分薄弱，严重制约了嵌入式视觉导航系统在各个领域的推广应用。

发明内容

为解决目前嵌入式视觉导航系统对复杂环境的适应性十分薄弱以及软/硬件资源限制的问题，本发明采用CCD摄像头作为视觉传感器，实现针对复杂环境的图像动态阈值计算和自适应调整，以及基于有限资源的远距离图像信息实时获取和畸变校正的方法，实现了在可变光线环境下稳定运行、具有远距信息获取能力的嵌入式单目视觉导航系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，该系统包含如下处理步骤：

第一步，视频信号采集，单片机进行视频信号的采集，首先采集纵向上的信息，其次采集横向上的信息；

第二步，畸变校正，将摄像头采集的图像进行纵向和横向的畸变校正；

第三步，路径识别提取，将所述采集的图像进行导航线分离，即将导航线从背景图像中分离提取出来；

第四步，转向控制，搭建转向模型计算出智能车的转弯半径与舵机摆角的关系，为智能车转向控制提供数据；

第五步，舵机控制，实现智能车沿导航线行使；

第六步，速度控制，采用PID控制法对智能车运行速度进行控制，实现智能车平稳地沿着导航线行使；

所述步骤一中单片机进行视频信号的采集，

首先，确定摄像头图像的分辨率；

在纵向上，常规PAL制式摄像头每场有280行的视频信号，本发明选取其中40行的信息进行采集和处理，既能达到控制需求，又能节约单片机资源；

横向上，需提高横向分辨率。采用锁相环将AD转换频率提高到24MHz，提高ATD时钟(即单片机的AD转换)，并采用一个序列8次转换，连续采集。以便缩短采样时间，使得在58μs的时间内可以转换完6个序列，即横向分辨率可以达到48个点；

其次，结合摄像头的图像分辨率进行视频信号的采集过程：

第一步，捕捉视频同步信号分离芯片分离出的奇偶场同步信号；然后进入相对应的中断服务程序；让出场同消隐区确保正确的采集到数据，使定时器定时1.2ms，定时结束后，开启行中断，准备采集数据；

第二步，定时器定时时间到，此时开启行通道，允许中断，并使控制ATD转换的行计数器归零，以标志一幅图像的开始；

第三步，大约32μs后，行中断时间到；上升沿行同步信号后6μs才会有真正的图像数据出现，并持续52μs到该行结束，为此在该行的行中断中使定时器定时6μs，定时时结束后才能开始采集；

第四步，定时器定时6μs时间到；立即开始ATD采集，由于ATD是按序列采集的，一个序列可以连续采集8个点，每个序列采集完成后将产生一次ATD中断，此时以扫描方式开启ATD转换，采集48个点需要6次ATD中断；

第五步，每隔约8μs，ATD中断发生一次把ATD的数据转存到存储图像的数组中，当序列数为6时，标志着一个行已经采集结束，停止ATD中断；

第六步，ATD中断不断的向图像数组中写入数据，直到行计数器计到40行，一幅视频图像数据已经采集完成，关掉行ATD中断。

所述步骤二中摄像头畸变校正方法为：

首先校正垂直方向上的畸变，h是摄像头镜头高度，a、b是最近处和最远处的视野，x是视野中的任意一点，α、β、θ分别是a、b、x对应的视线仰角。由几何关系可知它们之间存在着如下关系：