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第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计 第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计 两种检测方案的比较—— 第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计 图像采集传感器可分为CCD型和CMOS型，其中CMOS型摄像头工艺简单，价格便宜，对于识别智能车赛道这样的黑白二值图像能力足够，因此，我们以下主要以CMOS型摄像头为例，介绍基于摄像头方案的智能车详细设计。 第7章 智能汽车设计实践——摄像头型设计 7.1 机械设计 同光电管方案比起来，摄像头方案机械设计的不同主要体现在摄像头传感器的安装上，而舵机及车速检测单元的安装基本同光电管一样。下面我们将重点介绍摄像头传感器安装这一问题。 摄像头的作用是检测道路的信息，相当于人的眼睛，其视野范围和前瞻距离决定了小车的过弯性能和速度。所以摄像头的安装方式要适当。摄像头的安装方案有两种：一种是正向安装，另一种是旋转90°安装。 7.1 机械设计 图像采集是智能车设计的一个技术难点。普通图像传感器通过行扫描方式，将图像信息转换为一维的视频模拟信号输出。由于S12的A/D转换器采集速度较低，进行10位A/D转换所需要的时间为7 μs。这样，采集的图像每行只有8个像素，图像的水平分辨率很低。倘若在此基础之上就进行智能车的路径识别，则很可能漏检宽度仅2.5 cm的黑色引导线，从而导致某些控制决策因无法获取足够精度的路径信息而失效。但同时，S12每场图像大约可以采集300行左右的图像信息，故图像的垂直分辨率相对较高。 7.1 机械设计 而按照大赛采用跑道的形状特点，这些跑道都是由直线和圆弧组成的，检测车模前方一段路径参数，只需要得到中心线上3～5个点的位置信息就可以估算出路径参数，如位置、方向和曲率等。通过图像中的若干行信息就可以检测出这排点的位置，故所需的检测图像应该是水平分辨率高，垂直分辨率低。 7.1 机械设计 倘若正向安装摄像头，尽管水平方向的视野开阔一些，不至于迷失黑线跑出赛道。但实际采集到的图像是水平分辨率低，垂直分辨率高，与所需的检测图像要求刚好相反。 为了保证不漏检黑色引导线，正向安装就需要提高水平方向的分辨率，这就需要大大提高MC9S12DG128单片机的A/D采样频率，导致MC9S12DG128超频使用。单片机超频使用会影响系统稳定性，容易发生程序失稳的现象。 除此之外，由于正向安装采集到的图像宽度大，长度短，致使智能车容易看到赛道边缘以及地面，产生较大的干扰，而且对底端的图像信息丢失也过多，大大影响过弯速度。 7.1 机械设计 倘若将CMOS摄像头旋转90°安装，输出的图像信息也将旋转90°，通过S12的A/D转换器采集的图像信息，水平分辨率与垂直分辨率会发生互换，从原来的水平分辨率低、垂直分辨率高的图像变成水平分辨率高、垂直分辨率低的实际图像，正好符合道路参数检测模型的要求。 在同样保证90 cm的前瞻下，底端的宽度有22 cm左右，顶端65 cm，可以达到避免地面干扰的效果。同时底端仅有不到20 cm的图像丢失，而且摄像头的俯角相对较小，可以克服反光的问题，这样过弯道的时候会有安全保障。 7.1 机械设计 此外，摄像头所架的高度一定要适宜。架得过高会导致小车的视野过大，看到的黑线变得太细，还会导致智能车的重心太高，使智能车快速过弯时容易翻车；架得太低又会影响前瞻，带来反光的问题，影响采样。合适的高度要既满足小车的重心要求，又保证前瞻距离。 安装摄像头的底座和支杆应使用刚度大、质量轻的材料，以防晃动。 7.2 硬件设计 在摄像头方案中，由于车速检测模块、舵机控制单元及直流驱动电机控制单元同光电管方案相同，以下对路径识别单元、HCS12控制核心及电源管理单元做简要介绍。 7.2 硬件设计 7.2.1 HCS12控制核心 7.2.2 电源管理单元 7.2.3 路径识别单元 7.2.1 HCS12控制核心 HCS12控制核心单元既可以直接采用组委会提供的MC9S12EVKX电路板，也可以自行购买MC9S12DG128单片机，然后量身制作适合自己需要的最小开发系统。 7.2.1 HCS12控制核心 在摄像头方案中，其I/O口具体分配如下： PAD1用于摄像头视频信号的输入口； IRQ（PE1引脚）用于摄像头行同步信号的输入捕捉； PM0用于摄像头奇-偶场同步信号的输入口； PT0用于车速检测的输入口； PB口用于显示小车的各种性能参数； PWM0（PP0引脚）与PWM1（PP1引脚）合并用于伺服舵机的PWM控制信号输出； PWM2（PP2引脚）与PWM3（PP3引脚）合并用于驱动电机的PWM控制信号输出（电机正转）； PWM4（PP4引脚）与PWM5（PP5引脚）合并用