基于图像识别的循迹车路径识别算法研究基于图像识别的循迹车路径识别算法研究
详细阐述CMOS图像的采集及在实际环境下图像处理和存储的方法；提出一种基于最小二乘法构建无损路径图
像的新算法，给出一种适应性强的智能车循迹策略和相应的程序。
1 整体设计
根据功能的不同，小车分为六部分：摄像头图像采集模块、电源模块、电机驱动模块、测速模块、舵机转向模块、辅助调试模
块。图1是小车系统硬件模块框图。
图1 系统硬件模块图
（1） 摄像头图像采集模块
采用CMOS摄像头作为识别路径的传感器。此模块的主要作用是识别黑色引导线，工作原理为：摄像头的信号通过LM1881视
频分离芯片向DG128产生行信号中断和场信号中断，以控制图像A/D值的采集；然后通过边沿提取算法提取出每行黑线的位
置，通过提取连续段重新购建一帧图像的算法对整个图像进行处理。
（2） 驱动模块
Freescale公司生产的MC33886芯片是一款性能优良的直流电压驱动芯片。通过输入不同占空比的方波信号，可以在MC33886
的输出端得到不同的电压，进而驱动电机，实现调速。
（3） 测速模块
采用光电耦合管和自制的码盘作为测速的传感器。光耦合管的输出信号经过555定时器组成的斯密特触发器整形得到一定频率
的矩形波信号，再经过DG128的输入捕捉功能提取出小车的速度值。
（4） 舵机转向模块
为了保证小车在转弯过程中既能快速响应，又防止速度过快冲出跑道，利用汽车转向机构原理，把舵机的位置进行了提升。这
样可以增大力矩，使小车快速响应，按照轨迹进行快速转弯。
2 图像采集及处理
2.1 图像采集
常用的摄像头视频输出信号是电视机的PAL制式。它的工作原理与电视机的工作原理相似：在一定分辨率下，每秒扫描25帧图
像，每帧图像含有625行信息；分为奇、偶场，隔行扫描；总共每秒50场信号，每场有312.5行信息；从奇数行开始扫描，即
依次扫描第1、3、5、7、9……当扫描完奇数场后，再开始扫描偶数场，构成一帧图像。
对图像的采集是根据摄像头的行信号和场信号对图像模拟量的采集。如图2所示，输出信号包括行同步信号、场同步信号、图
像信号以及各种消隐信号。行同步信号代表一行的图像数据扫描开始，场同步信号代表一帧的图像数据扫描开始。要完成图像
的正确采集，必须严格遵守时序的要求：当捕捉到一行信号时，开始对该行各点的模拟量进行采集，当下一行信号发生时表明
该行采集完毕，需要对下一行的模拟量进行采集。
由于MC9S12DG128片内A/D采样频率的影响，每一行采集的点数受到了限制，在系统时钟倍频到24 MHz，A/D每次采集时间
为2.3 μs的情况下，每一行图像的采集能达到34个点。这虽然远远小于摄像头本身的分辨频率，但在不使用2.8 mm广角镜头
的前提下，仍能分辨出黑线，因此我们将数组列数设为34，同时每间隔6个摄像头行信号采集一次，一共有312个行信号，则
一共可采集312/6=52行。去掉首尾干扰加大的行，选择采集46行，因此数组的行数为46。最终，设定的数组大小为：
data_save1[46][34]，还原效果如图3所示。
图2 输出信号波形组成
图3 34列46行的二维数组还原效果
2.2 图像采集的处理方法
这里的黑色引导线以白色为衬底，因黑线和白色底板存在很多大灰度比，在图像信号上会形成相应高低不同的电压值。当检测
到黑线时，图像信号中将形成一个“凹”形槽，图4中 凹槽处即是黑线在一行数据中的相对位置（26）。
图4 数组一行数据还原波形（一帧图像的某一行）
对图像每行数据的处理将得到每行图像中黑线的相对位置，即下面的行数据处理；而对每行图像中黑线的位置的综合分析将再
现黑线的形状，即下面的帧数据处理。本设计将采集的模拟量数据存放在一个二维数组中，当完成对一行数据的采集后，就可
以对该行的数据进行处理，即提取黑线的算法。在提取黑线上采用边沿提取法。该算法具有对黑线反应灵敏、准确度高、抗干
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