圖像采集與處理在智能車系統(tǒng)中的應用分析

　智能小車系統(tǒng)主要由路徑識別、速度采集、轉(zhuǎn)向控制及車速控制等功能模塊組成。路徑識別功能采用CMOS攝像頭，將其模擬量的視頻信號進行視頻解碼后，經(jīng)過二值化處理并轉(zhuǎn)化為18×90pix的圖像數(shù)據(jù)后送入MCU進行處理;轉(zhuǎn)向控制采用基于模糊控制算法進行調(diào)節(jié);而車速控制采用的是經(jīng)典PID算法，通過對賽道不同形狀的判斷結(jié)果，設定不同的給定速度。該系統(tǒng)以50Hz的頻率通過不斷地采集實時路況信息和速度，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，如圖1所示。
　　
　　智能小車的圖像采集與存儲
　　圖像采集模塊設計
　　CMOS攝像頭正常供電后，便可輸出原始圖像的信號波形，它是PAL制式的模擬信號，包含行同步、行消隱、場同步、場消隱等信號如圖2所示。但該形式的信號并不能被CPU直接使用，需要加入視頻解碼芯片如SAA7111，它的功能是將攝像頭輸出的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，同時產(chǎn)生各種同步信號，CPU利用此同步信號將圖像的數(shù)字信號存儲在一個外部FIFO芯片AL422中，這便構(gòu)成了基本的路徑檢測模塊，如圖3所示。
　　
　　圖像數(shù)據(jù)存儲
　　SAA7111是飛利浦公司一款增強型視頻輸入處理器芯片，常應用在嵌入式視頻應用的高度集成的電路中。工作時，模擬視頻圖像從SAA7111的4個輸入端口中的一個端口輸入，經(jīng)模擬處理后，一路通過緩沖器從模擬輸出端輸出用于監(jiān)視，另一路經(jīng)A/D后產(chǎn)生數(shù)字色度信號、亮度信號，分別進行亮度信號處理、色度信號處理。亮度信號處理的結(jié)果，一路送到色度信號處理器進行綜合處理，產(chǎn)生Y、U、V信號，經(jīng)格式化后從VPO輸出，輸出的信號格式有422YUV或CCIR-656（8位）等;另一路進入同步分離器，經(jīng)數(shù)字PLL，產(chǎn)生相應的行、場同步信號HS、VS及像素時鐘信號LLC和LLC2等信號，這些信號是實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集的依據(jù)。SAA7111輸出的每幀圖像大小可設為720×286，其數(shù)據(jù)量相對于單片機的處理速度來說是比較大的，較為理想的圖像大小是18×45，壓縮后的數(shù)據(jù)量僅為原始圖像的0.394%。為了使圖像的數(shù)據(jù)得到有效壓縮，可以采用將圖像的數(shù)字信號存入FIFO中，經(jīng)過一定的分頻處理后便能壓縮圖像大小，系統(tǒng)所采用的FIFO芯片是AL422B。
　　為了實現(xiàn)圖像數(shù)字信號的分頻處理，可以分為兩種實現(xiàn)方式，其一是軟件分頻，另一種是硬件分頻。對于軟件分頻來說，系統(tǒng)不需要額外的分頻電路，而是單片機利用解碼芯片SAA7111輸出的控制信號，對讀時鐘進行分頻后再執(zhí)行實際的讀操作，這種方式的缺點是分頻工作需要占用單片機資源，影響系統(tǒng)的實時性等性能;對于硬件分頻來說，需要加入專門的分頻處理電路，在不需要單片機控制的條件下實現(xiàn)圖像的壓縮，從而在根本上減少了單片機處理的數(shù)據(jù)量并縮短讀取圖像的時間。因此該系統(tǒng)采用了硬件分頻的方式，具體信號的分頻模式如圖4所示，CREF代表像素時鐘，分頻后得到的是AL422B的寫時鐘WCK，HREF代表行參考信號，分頻后得到的信號作為AL422B的寫允許信號。