[发明专利]一种基于光学辨识码的自动行驶智能小车及其控制方法

权利要求书

1.一种基于光学辨识码的自动行驶智能小车的控制方法，其特征在于：所述自动行驶智能小车包括设置在智能小车上的OID识别模块（1）、核心板（2）、转向模块（3）、驱动模块（4）和供电模块（5）；其中，OID识别模块（1）包含红外线LED光源（6）和CMOS数字图像传感器（7），CMOS数字图像传感器（7）与红外线LED光源（6）固定在智能小车的底部；核心板（2）与小车底盘固定，核心板（2）上设置有微控制单元，微控制单元与CMOS数字图像传感器（7）连接，并控制控制驱动模块（4）和转向模块（3）；转向模块（3）设置在小车前轮处，用于对小车前轮进行方向控制；驱动模块（4）设置在小车后轮处，用于对小车后轮进行速度控制；供电模块（5）用于为智能小车供电；智能小车行驶在印刷有含碳的OID底码的跑道上；

所述的跑道包括由上至下依次设置的四版彩色印刷层（8）、OID底码印刷层（9）和纸张（10）；四版彩色印刷层（8）是由使用C、M、Y版油墨分别印刷C、M、Y版，用C、M、Y版油墨混合后的油墨印制K版形成；OID底码印刷油墨层（9）是用含碳的油墨印制OID底码形成；

微控制单元包括OID图像预处理模块、OID图像识别模块和控制器；

CMOS数字图像传感器（7），用于对采集的数字图像进行预处理；

OID图像识别模块，用于将预处理后的数字图像与OID底码模板库进行模板匹配，实现对OID底码的识别；

控制器，用于根据识别结果，获取车辆目前在跑道上的位置信息，并根据位置信息控制驱动模块（4）、转向模块（3），实现智能小车在跑道上的自动行驶；

所述控制方法，包括以下步骤：

智能小车放置在跑道上，开始行驶；OID识别模块（1）不断扫描印制在跑道上的OID底码，并将图像数据发送到核心板（2），核心板（2）上的微控制单元对图像数据进行预处理和图像识别，获知智能小车的位置信息，根据程序控制驱动模块（4）和转向模块（3），智能小车实现自动行驶；

预处理步骤包括以下步骤：

首先，进行灰度操作：对于彩色的OID图像而言，将彩色图像转变为占用空间相对较小的灰度图像；采用加权平均法进行灰度化处理，给R、G、B分量分别增加一个加权系数，然后求和；用到的灰度化公式如下：

其次，滤波去噪：采用中值滤波的方法消除数字图像中的噪声，将每一个像素点的灰度值设置为该像素点邻域内的所有像素点灰度值的均值，中值滤波公式为：

为原图中点得灰度值，S表示邻域，表示滤波后处新的灰度值；

采用一个奇数大小的滑动窗口，对窗口内的灰度值进行排序，并用处于中间位置的像素灰度级来代替窗口中心原来的灰度级；

最后，边缘检测：检查每个像素的领域并对灰度变化率进行量化，产生最大输出值的边缘模板方向表示该点边缘的方向，如果所有方向上的边缘模板接近于零，该点处没有边缘；如果所有方向上的边缘模板输出值近似相等，没有可靠边缘；

图像识别步骤包括以下步骤：

将预处理后的数字图像与OID底码模板库进行模板匹配，实现对OID底码的识别，当发现模板库中的某一OID码与之相匹配时，则判断此OID码被成功识别，根据设定好的程序，核心板（2）控制驱动模块（4）中电机的转速和转向模块（3）中电机转向的角度；

OID识别模块（1）采用双队列结构存储CMOS数字图像传感器（7）采集到的图片，具体为：一个队列用于临时存储采集到的OID码图像，从另一个队列中取出待处理的OID图像进行预处理和识别；当用于临时存储图像的队列满时，OID码图像预处理与识别线程从中取得待处理的图像；当队列中的待处理图像取完时，队列为空，OID数字图像采集线程向此队列中插入采集到的图像；

双队列结构存储具体算法描述如下：

在OID数字图像采集线程中：

（1.1）根据队列指示变量copycount选择队列，值为0选择队列1，值为1选择队列2；向队列中插入采集来的光纤图像，操作指向下一个插入位置的变量：in_index=(in_index+1)%队列长度；

（1.2）判断变量in_index是否为0，不为0执行第（1.1）步，否则先锁住临界区，改变队列指示变量copycount的值：copycount=(copycount+1)%2，释放临界区；

（1.3）释放信号量semaphoreFull，使其值增加1，表示有1个队列的光纤图像等待处理；

在OID码图像预处理与识别线程中：

（2.1）等待信号量semaphoreFull有值，当信号量semaphoreFull有值时，执行第（2.2）步，信号量semaphoreFull的值减1，否则继续等待；

（2.2）锁住临界区；

（2.3）根据队列指示变量的值选择待处理队列，值为0选择队列2，值为1选择队列1；

（2.4）解锁临界区。

2.根据权利要求1所述的基于光学辨识码的自动行驶智能小车的控制方法，其特征在于：核心板（2）、驱动模块（4）、转向模块（3）及供电模块（5）之间通过排线连接。