基于摄像头的路径信息采集系统的简易设计与实现

摘要： 本文基于freescale 16位HCS12单片机的输入捕捉功能设计一种视频信号采集系统。在该系统中，将CMOS摄像头的输出信号二值化，利用单片机输入捕捉功能实时对信号采样、处理，提取出黑色导引线的形状特征。实验证明：系统能很好地满足智能车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，实时性好，测量精度高，同时硬件和软件的开销都比较小。
关键词： 图像二值化；HCS12单片机；视频图像；比较器

引言

第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛中，要求各参赛队赛车在规定的赛道上行驶，速度快者胜出。由于跑道只有黑、白两色，对图像的灰度没有要求，所以只需要反映反射光线的强弱。若用A/D进行采样，不仅软件设计比较麻烦，而且测量的精度和响应时间都不够理想，抗干扰能力也较差。本文摒弃传统的视频信号采集方法，结合单片机的输入捕捉功能，提出一种新的路径识别方法，并在实际系统中得到应用，实践表明该方法不仅使系统具有良好的性能，而且容易实现。

视频信号的特征

使用CHD-918B面阵CMOS摄像头，通过对内部电路的改造，可以在５V电压环境下正常工作，输出PAL 制式模拟视频信号，如图1所示。每秒扫描50场图像，一场又有312.5行，每行图像信号时间为64μs，除去行同步头，其中有效的图像信号约为59.3μs。所以，若选用S12的A/D转换器采集，转换耗时压力大，图像分辨率低。

系统设计思想

设计是于白色跑道和黑色导引线对光反射能力不同的设计思路，同时又结合单片机的输入捕捉功能模块来实现的。

根据竞赛的实际情况和要求，只需要在白色背景的跑道中提取出黑色的导引线，而与图像的灰度无关，通过分析摄像头输出信号的特点，利用比较器将视频信号二值化，进而把黑色导引线与白色背景区分开来，如图2所示。同时，由于导引线的宽度是恒定的，行扫描时间和同步头时间也是定值，通过软件简单编程就可以滤除环境干扰，达到不错的滤波效果。