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基于

CCD

黑白图像检测的寻线智能车设?/p>

 

Design of Intelligence Automotive 

 

Black and white image detection based on CCD line 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

尹绘?/p>

 

 

王飞

 

 

周浪

 

(德州学?/p>

 

cooper

?/p>

 

 

 

 

 

摘要?/p>

本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景,提出了一种根?/p>

ccd

采集到的像素点电压信号引导小车循迹行驶的方案。本文主

要介绍了?/p>

CCD

原始图像的处理,黑线提取,以及转向舵机,控制,摇头舵机控制。并根据方案实际制作了小车。实践证明该方案是可行的?/p>

 

关键词:

智能车,

ccd

,黑线提取,舵机控制,适应性?/p>

 

 

I.

引言

 

飞思卡尔智能车竞赛已经成功举办九届?/p>

分为三个组别:光电组,摄像头组,电磁组,

其中电磁组是检测通电导线产生的电磁场?/p>

号,

摄像头组通过采集到图像提取黑线,

这两

个组别受外界干扰比较小,而从第八届开始,

光电组开始用线?/p>

CCD

采集信号,在我看?/p>

CCD

就是一个只能采集一行像素值得摄像头,

但是比摄像头更容易受光线影响?/p>

因此我们?/p>

计了一套适应性比较强的算法来?/p>

CCD

图像

进行处理,以便保证稳定提取到黑线?/p>

 

 

II. 

设计原理

 

 

CCD10ms

曝光在跑道上采集到的原始?/p>

像如图所示?/p>

 

 

?/p>

1 

放大两倍后图像

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2 

线?/p>

CCD 

通过感受外界光线强弱输出

不同的电压值?/p>

光线强电压值高?/p>

光线暗电?/p>

值低?/p>

这样就可以区分黑白,

但是

TSL1401 

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?/p>

CCD 

的输出信号和环境光线密切相关?/p>

?/p>

自然光条件比晚上灯光?/p>

AO 

引脚输出电压

值高出很多,

正对着光线比背着光线输出电压

高,

白炽灯光下比日光灯下输出电压高?/p>

因此?/p>

同一参数(曝光时间、镜头光圈)难以适应?/p>

种环境,因为

ccd

的这个特性,

 

许多商家采取了改变曝光时间,

改变放大

倍数等很多方法,

但是改变曝光时间会占用更

多的

CPU

资源,改变放大倍数需要加运放?/p>

 

 

III. 

设计方案(程序主题思路?/p>

 

因此我们通过不断的探索,

终于找到一?/p>

适应性强,无需动态曝光,无需动态放大,?/p>

且可以稳定提取黑线的方案?/p>

此方案基本思路

如下?/p>

我们观察发现

ccd

在赛道上采集到的?

像在黑线处会有一个大的跳变,

因为这个地方

是由白变黑或者由黑边白,

因此我们可以通过

寻找最大跳变值来确定黑线位置?/p>

首先我们?

ccd

采集到的

128

个点隔点做差,我们观察图

像发现(?/p>

1

,图

2

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,三个点(中间隔一个)

做差差值最大?/p>

当然首先你得先把镜头焦距?/p>

到一个跳变特别明显的位置?/p>

然后固定住?/p>

?/p>

上次中线位置向左找最大跳变,

向右找最小跳

变?/p>

最大跳变点处即为左边线?/p>

最小跳变点?/p>

即为右边线?/p>

这种提线方案的好处是?/p>

可以?/p>

应不同光线?/p>

如果你的图像很低?/p>

并且有有?/p>

波(小的跳变点)

,你可以软件放大两倍后?/p>

行中值滤波,

可以保留大的跳变?/p>

滤掉小的?/p>

变。因为我?/p>

CCD

图像较好,固没用此滤?

程序?/p>

 

为了防止在全黑全白时最大跳变点也会

出现?/p>

造成误判?/p>

我采用了摇头的方案来避免

全黑,所谓摇头就是把

CCD

架在另外的一?/p>

舵机上面,让

ccd

跟随中线摆动,这样就不会

出现全黑?/p>

也就不会出现两条黑线全丢?/p>

可以

保证大的前瞻?/p>

在全白处?/p>

我们把最大跳变和

像素点最大值做比较?/p>

如果最大跳变值小于最

大值的四分之一?/p>

我们就认为是全白?/p>

因为?/p>

全白时不会出现特别大的跳变?/p>

 

另外摇头并不能保证不丢线?/p>

因此需要一

个丢线判断?/p>

这个判断是,

最大跳变值与最?

跳变值得绝对值作比较?/p>

如果他们两个之间?

超过较大值的一半,

则认为单侧丢线,

单侧?/p>

先后另外一条线按照上次赛道宽度补出?/p>

 

摇头舵机的安装,

ccd

的安装,如图?/p>

 

 

摇头过十字一直是一个难题,

再加上今?/p>

新加了人字掉头路这一元素?/p>

所以我们又加了

一?/p>

CCD,

采用?/p>

CCD

摇头方案?/p>

十字的处?/p>

思路?/p>

远前?/p>

ccd

检测到全白后,

由近前瞻

ccd

接管?/p>

如果两个

ccd

同时检测到全白则打正切

由远前瞻

ccd

负责循迹,直道远前瞻

ccd

找到

黑线,经过测试此方案既能保持远前?/p>

ccd 

60cm

以上的前瞻,又可以稳定的过十字?/p>

 

摇头舵机的控制我们没有采用传统的?/p>

量式

pid

?/p>

而是用的位置?/p>

pid

?/p>

因为我们广角

镜头可以看到几乎两个赛道宽度?/p>

并且增量?/p>

pid

十字不太好处理?/p>

 

转向舵机的控制,

转向舵机的转向量为摇

头舵机打脚加上偏差乘以转向舵?/p>

P

?/p>

转向?

?/p>

P

我们用的二次函数?/p>

保证直道

,

?/p>

S,

不晃?/p>

并且急弯能打死?/p>

 

 

 

主要参考文?/p>

 

 

1

张阳

 

吴晔

, 

滕勤

 

 

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单片机原

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(2011

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9

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1

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2

卓晴

, 

黄开?/p>

, 

邵贝?/p>

. 

学做智能?/p>

[M]. 

北京

:

北航出版?/p>

,2007.3 

, 

 

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工具

 

 

基于

CCD

黑白图像检测的寻线智能车设?/p>

 

Design of Intelligence Automotive 

 

Black and white image detection based on CCD line 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

尹绘?/p>

 

 

王飞

 

 

周浪

 

(德州学?/p>

 

cooper

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摘要?/p>

本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景,提出了一种根?/p>

ccd

采集到的像素点电压信号引导小车循迹行驶的方案。本文主

要介绍了?/p>

CCD

原始图像的处理,黑线提取,以及转向舵机,控制,摇头舵机控制。并根据方案实际制作了小车。实践证明该方案是可行的?/p>

 

关键词:

智能车,

ccd

,黑线提取,舵机控制,适应性?/p>

 

 

I.

引言

 

飞思卡尔智能车竞赛已经成功举办九届?/p>

分为三个组别:光电组,摄像头组,电磁组,

其中电磁组是检测通电导线产生的电磁场?/p>

号,

摄像头组通过采集到图像提取黑线,

这两

个组别受外界干扰比较小,而从第八届开始,

光电组开始用线?/p>

CCD

采集信号,在我看?/p>

CCD

就是一个只能采集一行像素值得摄像头,

但是比摄像头更容易受光线影响?/p>

因此我们?/p>

计了一套适应性比较强的算法来?/p>

CCD

图像

进行处理,以便保证稳定提取到黑线?/p>

 

 

II. 

设计原理

 

 

CCD10ms

曝光在跑道上采集到的原始?/p>

像如图所示?/p>

 

 

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1 

放大两倍后图像

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2 

线?/p>

CCD 

通过感受外界光线强弱输出

不同的电压值?/p>

光线强电压值高?/p>

光线暗电?/p>

值低?/p>

这样就可以区分黑白,

但是

TSL1401 

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CCD 

的输出信号和环境光线密切相关?/p>

?/p>

自然光条件比晚上灯光?/p>

AO 

引脚输出电压

值高出很多,

正对着光线比背着光线输出电压

高,

白炽灯光下比日光灯下输出电压高?/p>

因此?/p>

同一参数(曝光时间、镜头光圈)难以适应?/p>

种环境,因为

ccd

的这个特性,

 

许多商家采取了改变曝光时间,

改变放大

倍数等很多方法,

但是改变曝光时间会占用更

多的

CPU

资源,改变放大倍数需要加运放?/p>

 

 

III. 

设计方案(程序主题思路?/p>

 

因此我们通过不断的探索,

终于找到一?/p>

适应性强,无需动态曝光,无需动态放大,?/p>

且可以稳定提取黑线的方案?/p>

此方案基本思路

如下?/p>

我们观察发现

ccd

在赛道上采集到的?

像在黑线处会有一个大的跳变,

因为这个地方

是由白变黑或者由黑边白,

因此我们可以通过

寻找最大跳变值来确定黑线位置?/p>

首先我们?

ccd

采集到的

128

个点隔点做差,我们观察图

像发现(?/p>

1

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做差差值最大?/p>

当然首先你得先把镜头焦距?/p>

到一个跳变特别明显的位置?/p>

然后固定住?/p>

?/p>

上次中线位置向左找最大跳变,

向右找最小跳

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最大跳变点处即为左边线?/p>

最小跳变点?/p>

即为右边线?/p>

这种提线方案的好处是?/p>

可以?/p>

应不同光线?/p>

如果你的图像很低?/p>

并且有有?/p>

波(小的跳变点)

,你可以软件放大两倍后?/p>

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可以保留大的跳变?/p>

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变。因为我?/p>

CCD

图像较好,固没用此滤?

程序?/p>

 

为了防止在全黑全白时最大跳变点也会

出现?/p>

造成误判?/p>

我采用了摇头的方案来避免

全黑,所谓摇头就是把

CCD

架在另外的一?/p>

舵机上面,让

ccd

跟随中线摆动,这样就不会

出现全黑?/p>

也就不会出现两条黑线全丢?/p>

可以

保证大的前瞻?/p>

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我们把最大跳变和

像素点最大值做比较?/p>

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大值的四分之一?/p>

我们就认为是全白?/p>

因为?/p>

全白时不会出现特别大的跳变?/p>

 

另外摇头并不能保证不丢线?/p>

因此需要一

个丢线判断?/p>

这个判断是,

最大跳变值与最?

跳变值得绝对值作比较?/p>

如果他们两个之间?

超过较大值的一半,

则认为单侧丢线,

单侧?/p>

先后另外一条线按照上次赛道宽度补出?/p>

 

摇头舵机的安装,

ccd

的安装,如图?/p>

 

 

摇头过十字一直是一个难题,

再加上今?/p>

新加了人字掉头路这一元素?/p>

所以我们又加了

一?/p>

CCD,

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CCD

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思路?/p>

远前?/p>

ccd

检测到全白后,

由近前瞻

ccd

接管?/p>

如果两个

ccd

同时检测到全白则打正切

由远前瞻

ccd

负责循迹,直道远前瞻

ccd

找到

黑线,经过测试此方案既能保持远前?/p>

ccd 

60cm

以上的前瞻,又可以稳定的过十字?/p>

 

摇头舵机的控制我们没有采用传统的?/p>

量式

pid

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而是用的位置?/p>

pid

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因为我们广角

镜头可以看到几乎两个赛道宽度?/p>

并且增量?/p>

pid

十字不太好处理?/p>

 

转向舵机的控制,

转向舵机的转向量为摇

头舵机打脚加上偏差乘以转向舵?/p>

P

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我们用的二次函数?/p>

保证直道

,

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S,

不晃?/p>

并且急弯能打死?/p>

 

 

 

主要参考文?/p>

 

 

1

张阳

 

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, 

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学做智能?/p>

[M]. 

北京

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北航出版?/p>

,2007.3 

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CCD

黑白图像检测的寻线智能车设?/p>

 

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摘要?/p>

本设计以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景,提出了一种根?/p>

ccd

采集到的像素点电压信号引导小车循迹行驶的方案。本文主

要介绍了?/p>

CCD

原始图像的处理,黑线提取,以及转向舵机,控制,摇头舵机控制。并根据方案实际制作了小车。实践证明该方案是可行的?/p>

 

关键词:

智能车,

ccd

,黑线提取,舵机控制,适应性?/p>

 

 

I.

引言

 

飞思卡尔智能车竞赛已经成功举办九届?/p>

分为三个组别:光电组,摄像头组,电磁组,

其中电磁组是检测通电导线产生的电磁场?/p>

号,

摄像头组通过采集到图像提取黑线,

这两

个组别受外界干扰比较小,而从第八届开始,

光电组开始用线?/p>

CCD

采集信号,在我看?/p>

CCD

就是一个只能采集一行像素值得摄像头,

但是比摄像头更容易受光线影响?/p>

因此我们?/p>

计了一套适应性比较强的算法来?/p>

CCD

图像

进行处理,以便保证稳定提取到黑线?/p>

 

 

II. 

设计原理

 

 

CCD10ms

曝光在跑道上采集到的原始?/p>

像如图所示?/p>

 

 

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1 

放大两倍后图像

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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线?/p>

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通过感受外界光线强弱输出

不同的电压值?/p>

光线强电压值高?/p>

光线暗电?/p>

值低?/p>

这样就可以区分黑白,

但是

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CCD 

的输出信号和环境光线密切相关?/p>

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自然光条件比晚上灯光?/p>

AO 

引脚输出电压

值高出很多,

正对着光线比背着光线输出电压

高,

白炽灯光下比日光灯下输出电压高?/p>

因此?/p>

同一参数(曝光时间、镜头光圈)难以适应?/p>

种环境,因为

ccd

的这个特性,

 

许多商家采取了改变曝光时间,

改变放大

倍数等很多方法,

但是改变曝光时间会占用更

多的

CPU

资源,改变放大倍数需要加运放?/p>

 

 

III. 

设计方案(程序主题思路?/p>

 

因此我们通过不断的探索,

终于找到一?/p>

适应性强,无需动态曝光,无需动态放大,?/p>

且可以稳定提取黑线的方案?/p>

此方案基本思路

如下?/p>

我们观察发现

ccd

在赛道上采集到的?

像在黑线处会有一个大的跳变,

因为这个地方

是由白变黑或者由黑边白,

因此我们可以通过

寻找最大跳变值来确定黑线位置?/p>

首先我们?

ccd

采集到的

128

个点隔点做差,我们观察图

像发现(?/p>

1

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做差差值最大?/p>

当然首先你得先把镜头焦距?/p>

到一个跳变特别明显的位置?/p>

然后固定住?/p>

?/p>

上次中线位置向左找最大跳变,

向右找最小跳

变?/p>

最大跳变点处即为左边线?/p>

最小跳变点?/p>

即为右边线?/p>

这种提线方案的好处是?/p>

可以?/p>

应不同光线?/p>

如果你的图像很低?/p>

并且有有?/p>

波(小的跳变点)

,你可以软件放大两倍后?/p>

行中值滤波,

可以保留大的跳变?/p>

滤掉小的?/p>

变。因为我?/p>

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图像较好,固没用此滤?

程序?/p>

 

为了防止在全黑全白时最大跳变点也会

出现?/p>

造成误判?/p>

我采用了摇头的方案来避免

全黑,所谓摇头就是把

CCD

架在另外的一?/p>

舵机上面,让

ccd

跟随中线摆动,这样就不会

出现全黑?/p>

也就不会出现两条黑线全丢?/p>

可以

保证大的前瞻?/p>

在全白处?/p>

我们把最大跳变和

像素点最大值做比较?/p>

如果最大跳变值小于最

大值的四分之一?/p>

我们就认为是全白?/p>

因为?/p>

全白时不会出现特别大的跳变?/p>

 

另外摇头并不能保证不丢线?/p>

因此需要一

个丢线判断?/p>

这个判断是,

最大跳变值与最?

跳变值得绝对值作比较?/p>

如果他们两个之间?

超过较大值的一半,

则认为单侧丢线,

单侧?/p>

先后另外一条线按照上次赛道宽度补出?/p>

 

摇头舵机的安装,

ccd

的安装,如图?/p>

 

 

摇头过十字一直是一个难题,

再加上今?/p>

新加了人字掉头路这一元素?/p>

所以我们又加了

一?/p>

CCD,

采用?/p>

CCD

摇头方案?/p>

十字的处?/p>

思路?/p>

远前?/p>

ccd

检测到全白后,

由近前瞻

ccd

接管?/p>

如果两个

ccd

同时检测到全白则打正切

由远前瞻

ccd

负责循迹,直道远前瞻

ccd

找到

黑线,经过测试此方案既能保持远前?/p>

ccd 

60cm

以上的前瞻,又可以稳定的过十字?/p>

 

摇头舵机的控制我们没有采用传统的?/p>

量式

pid

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而是用的位置?/p>

pid

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因为我们广角

镜头可以看到几乎两个赛道宽度?/p>

并且增量?/p>

pid

十字不太好处理?/p>

 

转向舵机的控制,

转向舵机的转向量为摇

头舵机打脚加上偏差乘以转向舵?/p>

P

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我们用的二次函数?/p>

保证直道

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S,

不晃?/p>

并且急弯能打死?/p>

 

 

 

主要参考文?/p>

 

 

1

张阳

 

吴晔

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黄开?/p>

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邵贝?/p>

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[M]. 

北京

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北航出版?/p>

,2007.3 

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基于

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黑白图像检测的寻线智能车设?/p>

 

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摘要?/p>

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采集到的像素点电压信号引导小车循迹行驶的方案。本文主

要介绍了?/p>

CCD

原始图像的处理,黑线提取,以及转向舵机,控制,摇头舵机控制。并根据方案实际制作了小车。实践证明该方案是可行的?/p>

 

关键词:

智能车,

ccd

,黑线提取,舵机控制,适应性?/p>

 

 

I.

引言

 

飞思卡尔智能车竞赛已经成功举办九届?/p>

分为三个组别:光电组,摄像头组,电磁组,

其中电磁组是检测通电导线产生的电磁场?/p>

号,

摄像头组通过采集到图像提取黑线,

这两

个组别受外界干扰比较小,而从第八届开始,

光电组开始用线?/p>

CCD

采集信号,在我看?/p>

CCD

就是一个只能采集一行像素值得摄像头,

但是比摄像头更容易受光线影响?/p>

因此我们?/p>

计了一套适应性比较强的算法来?/p>

CCD

图像

进行处理,以便保证稳定提取到黑线?/p>

 

 

II. 

设计原理

 

 

CCD10ms

曝光在跑道上采集到的原始?/p>

像如图所示?/p>

 

 

?/p>

1 

放大两倍后图像

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

?/p>

2 

线?/p>

CCD 

通过感受外界光线强弱输出

不同的电压值?/p>

光线强电压值高?/p>

光线暗电?/p>

值低?/p>

这样就可以区分黑白,

但是

TSL1401 

?/p>

?/p>

CCD 

的输出信号和环境光线密切相关?/p>

?/p>

自然光条件比晚上灯光?/p>

AO 

引脚输出电压

值高出很多,

正对着光线比背着光线输出电压

高,

白炽灯光下比日光灯下输出电压高?/p>

因此?/p>

同一参数(曝光时间、镜头光圈)难以适应?/p>

种环境,因为

ccd

的这个特性,

 

许多商家采取了改变曝光时间,

改变放大

倍数等很多方法,

但是改变曝光时间会占用更

多的

CPU

资源,改变放大倍数需要加运放?/p>

 

 

III. 

设计方案(程序主题思路?/p>

 

因此我们通过不断的探索,

终于找到一?/p>

适应性强,无需动态曝光,无需动态放大,?/p>

且可以稳定提取黑线的方案?/p>

此方案基本思路

如下?/p>

我们观察发现

ccd

在赛道上采集到的?

像在黑线处会有一个大的跳变,

因为这个地方

是由白变黑或者由黑边白,

因此我们可以通过

寻找最大跳变值来确定黑线位置?/p>

首先我们?

ccd

采集到的

128

个点隔点做差,我们观察图

像发现(?/p>

1

,图

2

?/p>

,三个点(中间隔一个)

做差差值最大?/p>

当然首先你得先把镜头焦距?/p>

到一个跳变特别明显的位置?/p>

然后固定住?/p>

?/p>

上次中线位置向左找最大跳变,

向右找最小跳

变?/p>

最大跳变点处即为左边线?/p>

最小跳变点?/p>

即为右边线?/p>

这种提线方案的好处是?/p>

可以?/p>

应不同光线?/p>

如果你的图像很低?/p>

并且有有?/p>

波(小的跳变点)

,你可以软件放大两倍后?/p>

行中值滤波,

可以保留大的跳变?/p>

滤掉小的?/p>

变。因为我?/p>

CCD

图像较好,固没用此滤?

程序?/p>

 

为了防止在全黑全白时最大跳变点也会

出现?/p>

造成误判?/p>

我采用了摇头的方案来避免

全黑,所谓摇头就是把

CCD

架在另外的一?/p>

舵机上面,让

ccd

跟随中线摆动,这样就不会

出现全黑?/p>

也就不会出现两条黑线全丢?/p>

可以

保证大的前瞻?/p>

在全白处?/p>

我们把最大跳变和

像素点最大值做比较?/p>

如果最大跳变值小于最

大值的四分之一?/p>

我们就认为是全白?/p>

因为?/p>

全白时不会出现特别大的跳变?/p>

 

另外摇头并不能保证不丢线?/p>

因此需要一

个丢线判断?/p>

这个判断是,

最大跳变值与最?

跳变值得绝对值作比较?/p>

如果他们两个之间?

超过较大值的一半,

则认为单侧丢线,

单侧?/p>

先后另外一条线按照上次赛道宽度补出?/p>

 

摇头舵机的安装,

ccd

的安装,如图?/p>

 

 

摇头过十字一直是一个难题,

再加上今?/p>

新加了人字掉头路这一元素?/p>

所以我们又加了

一?/p>

CCD,

采用?/p>

CCD

摇头方案?/p>

十字的处?/p>

思路?/p>

远前?/p>

ccd

检测到全白后,

由近前瞻

ccd

接管?/p>

如果两个

ccd

同时检测到全白则打正切

由远前瞻

ccd

负责循迹,直道远前瞻

ccd

找到

黑线,经过测试此方案既能保持远前?/p>

ccd 

60cm

以上的前瞻,又可以稳定的过十字?/p>

 

摇头舵机的控制我们没有采用传统的?/p>

量式

pid

?/p>

而是用的位置?/p>

pid

?/p>

因为我们广角

镜头可以看到几乎两个赛道宽度?/p>

并且增量?/p>

pid

十字不太好处理?/p>

 

转向舵机的控制,

转向舵机的转向量为摇

头舵机打脚加上偏差乘以转向舵?/p>

P

?/p>

转向?

?/p>

P

我们用的二次函数?/p>

保证直道

,

?/p>

S,

不晃?/p>

并且急弯能打死?/p>

 

 

 

主要参考文?/p>

 

 

1

张阳

 

吴晔

, 

滕勤

 

 

mc9s12xs

单片机原

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

开

?/p>

 

 

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

?/p>

 

 

(2011

?/p>

9

?/p>

1

?/p>

) 

2

卓晴

, 

黄开?/p>

, 

邵贝?/p>

. 

学做智能?/p>

[M]. 

北京

:

北航出版?/p>

,2007.3 

, 

 



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