基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统技术方案

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；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；本发明专利技术用摄像头采集导航线信息，具有良好的视觉前瞻性，有效提升了导航系统性能。本发明专利技术实现了在复杂环境下的图像动态阈值计算与自适应调整，在复杂光线下有更好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术采用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。本专利技术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制式摄像头每场有观0行的视频信号，本专利技术选取其中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58 μ s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l.ans，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32μ s后，行中断时间到；上升沿行同步信号后6μ s才会有真正的图像数据出现，并持续52 μ S到该行结束，为此在该行的行中断中使定时器定时6 μ S,定时时结束后才能开始采集；第四步，定时器定时6 μ s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8μ s，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，χ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本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，其特征在于，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；

【技术特征摘要】
1.一种基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，其特征在于，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；2.按权利要求1所述的基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，其特征在于， 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 58 μ s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l.ans，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32 μ s后，行中断时间到；上升沿行同步信号后6 μ s才会有真正的图像数据出现，并持续52 μ s到该行结束，为此在该行的行中断中使定时器定时6 μ s,定时时结束后才能开始采集；第四步，定时器定时6 μ s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8 μ s，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。3.按权利要求1所述的基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，其特征在于， 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，χ是视野中的任意一点，α、β、θ分别是a、b、χ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4.按权利要求1所述的基于导航线识别的嵌入式单目视觉导航系统，其特征在于， 所述步骤三中路径识别采用阈值分割法因本导航系统的运行环境只有白色和黑色，因此寻找出图像中的最大值和最小值，然后取其中间值就是图像的阈值；为了增加该导航系统的适应性，将第一幅图像的第一行中，取两组最大值和最小值，利用四个数值的平均值作为图像的阈值；所述步骤三中路径提取采用二值化算法和跟踪边缘检测法相结合 二值化算法过程如下首先设定一个阈值，对于视频信号矩阵中每一行，从左至右比较各像素值和阈值的大小；若像素值大于等于阈值，则判定该像素对应的是白色赛道；反之，则判定对应的是目标指引线；记录第一次和最后一次出现像素值小于阈值时的像素点的列号，算出两者的平均值，以此作为该行上目标指引线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云洲，王贺，袁泉，吴昊，师恩义，俞雪婷，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89