现代汽车电子技术概论课件第八讲视觉导航系统(2387KB).ppt

现代汽车电子技术概论 --视觉导航系统 * * （如上图所示是一种典型的工业机器人视觉系统结构） 机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。它是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。图像处理和模式识别等技术的快速发展，也大大地推动了机器视觉的发展。 * 机器视觉系统的应用 在生产线上，人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误，但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说，机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用，我们都需要考虑系统的运行速度和图像的处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看，典型的机器视觉系统可以分为：图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。 * 视觉系统的硬件设计 视觉系统的硬件主要由镜头、摄像机、图像采集卡、输入输出单元、控制装置构成。 一套视觉系统的好坏则分别取决于摄像机像素的高低，硬件质量的优劣，更重要的是各个部件间的相互配合和合理使用。 * ——在恶劣的自然环境中，在生产的一线，在许多复杂的情况下，要想保证整个视觉系统的正常工作，构成系统的各个硬件就必须具有很好的耐磨损性和经受住各种不可预料的情况和考验。 ——随着科技的进步和现代生产生活的需要视觉系统正在机器，特别是智能机械的飞速发展，原有的系统硬件已不适应新的需要，为此，必须提高硬件的水平和质量来保证系统的正常运行。 ——镜头、摄像机、图像采集卡、输入输出单元、控制装置构就好像电脑的显示器、电源、主机（处理器、内存条、硬盘、显卡等）一样，每一个构成部件都很关键，它们质量如果不过关，整个机器就无法正常工作，更别说完成复杂的工作和给以的任务了。 * 视觉系统的软件设计 ——视觉系统的软件设计至关重要，在当今信息化大趋势下，智能控制越来越依靠软件方面的功用。 ——视觉系统的软件设计是一个复杂的课题，不仅要考虑到程序设计的最优化，还要考虑到算法的有效性，及其能否实现，在软件设计的过程中要考虑到可能出现的问题。 ——视觉系统的软件设计完成还要对其鲁棒性进行检测和提高，以适应复杂的外部环境（鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。） * 视觉系统的实际应用 机器视觉技术的城市交通预警系统 近几年来，随着经济的发展，我国各大城市内部的交通基础设施建设也得到了快速发展，但是，尽管城市道路越建越宽，立交桥越建越多，交通信号越来越复杂，道路的拥挤程度和交通事故的发生率却没有得到明显的缓解，交通运输业特别是城市交通承受着越来越大的压力。 * 目前，随着城市交通现代化、智能化的进程日益加快，国内相关领域的研究也成为新的热点。关于智能交通系统（Intelligent Transportation System；简称为ITS）的研究得到了欧洲、美国、日本、加拿大等等很多发达国家的广泛重视，他们纷纷投入巨资应用于智能交通系统的研究，并进行了大量的模拟实验，很多子系统已经能够初步达到人们所希望的智能化程度。越来越多的事实已经证明，先进的ITS将有效地利用现有交通设施，减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率、促进社会经济发展、提高人民生活质量，并能够推动社会信息化及新产业的形成。基于机器视觉技术的城市交通预警系统，是先进交通管理系统的子系统，是通过根据交通状况的变化及早预警，配合交通管理的智能监控系统。 * 机器人视觉的核心部件CCD 机器人视觉【robot vision】 使机器人具有视觉感知功能的系统。 机器人视觉可以通过视觉传感器CCD获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。 视觉传感器（CCD） CCD在智能车设计中非常常见。智能车路径识别模块中的摄像头的重要组成部分就是图像传感器。图像传感器又称为成像器件或摄像器件，可实现可见光、紫外线、X射线、近红外光等的探测，是现代视觉信息获取的一种基础器件。因其能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展（光谱拓宽、灵敏度范围扩大），能给出直观、真实、多层次、多内容的可视图像信息，图像传感器在现代科学技术中得到越来越广泛的应用。 * 1．CCD图像传感器的分类 CCD图像传感器从结构上可以分为两类：一类是用于获取线图像的，称为线阵CCD；另一类是用于获取面图像的，称为面阵CCD。 （1）线阵CCD图像传感器 对于线阵CCD，它可以直接接收一维光信息，而不能直接将二维图像转换为一维的电信号输出，为了得到整个二维图像的输出