数字化摄像头在智能车控制系统中的应用

摘 要 基于CMOS数字化图像传感器OV7620所制作的摄像头，可用于智能车控制系统的构建。在分析这类智能车控制系统的工作原理的基础上，提出相应的控制算法，设计并实现智能车控制软件。

关键词 摄像头；智能车；控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2012）33-0054-03

1 智能车与智能车导航系统

随着科学技术的发展和人们对高质量生活的不断追求，众多与人们生活密切相关的智能化控制设备应运而生。智能汽车是近几年来交通领域研究的一个热点。人们希望将计算机、传感器、信息通信、人工智能及自动控制等技术应用于汽车制造之中，设计制造一种集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的智能化汽车。为了促进此项研究的开展，世界著名的制造公司开始与高等院校合作，吸引具有探索与创新精神的大学生参与智能汽车模型的设计与制作，并举行了一系列智能汽车设计竞赛。

2007年11月，美国第三届智能汽车大赛在加州维克托维尔举行。参赛汽车根据车顶上可旋转的激光器和车两边可转动的摄像机检测路况信息，利用卫星导航为汽车定位，用人工智能系统判断出汽车的位置和去向，用自动化控制系统控制车辆运行的姿态。车辆在整个运行过程中丝毫不受人为的干涉。此次竞赛最长行程达到100多千米。

2005年11月，飞思卡尔半导体公司与中国教育部高等学校自动化专业指导分委员会签署双方长期合作协议书，协议书规定从2006年起，飞思卡尔将协办“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛。该竞赛以汽车电子为背景，要求学生组成团队，协同工作，在规范标准的硬软件技术平台上，设计制作出一台以直流电为能源，以单片机为核心控制单元，以摄像头、光电传感器或电磁传感器为道路监测单元，能在规定赛道上快速行驶的智能小车。时至2012年，该项竞赛已成功举办7届。

智能车能否正常行驶，导航系统是关键，智能车导航系统由路况监测系统、车辆卫星定位系统、行驶路线预设系统等三大部分构成。本文讨论的是如何利用数字化摄像头监测车辆在行进中的路况信息，最终通过控制系统控制车辆在规定道路上行驶的方法。

2 数字化摄像头OV7620

OV7620是一款高分辨率CMOS数字化图像传感器，内置10位双通道A/D转换器，输出8位图像数据；具有自动增益和自动白平衡控制，能进行亮度、对比度、饱和度、γ校正等多种调节功能，其视频时序产生电路可产生行同步、场同步、混合视频同步等多种同步信号，普遍被用于动态图像采集系统。用OV7620芯片生产的数字化摄像头具有灵敏度高、稳定性好、体积小等特点。

用OV7620制作的摄像头典型接口如图1所示。其中，第1、2端口为5 V电源供电端；第3、4端口为I2C通信端；第5端口为模拟视频信号输出端；第6端口为视频信号行同步输出端；第7、8端口为可选择的视频信号场同步输出端；第9端口为图像像素时钟输出端；第10端口为复位端；第11～18端口为数字视频信号输出端。

3 基于数字化摄像头智能车控制系统的硬件设计

数字化摄像头是智能车的“眼睛”，在智能车控制系统中主要用于道路路况探测。在智能车行进过程中，它源源不断地将视野范围内的路况图像信息传送给智能车控制单元CCU，CCU对摄像头传递来的路况图像信息进行分析，计算出智能车在道路中具置数据，再将此数据与系统所规定的智能车位置的标准数据进行比较，如果两者数据存在差异，CCU就会输出矫正数据给控制驱动电路，控制驱动电路对智能车当前行驶状态进行修正，从而保证智能车沿着规定路径行驶。智能车控制典型硬件系统结构框图见图2。

4 基于数字化摄像头智能车控制系统的软件设计

4.1 智能车控制系统软件设计需要考虑的两个主要问题

问题1：如何规范智能车行驶的道路路面？

目前，等级公路的路面一般由砂石材料及沥青混合铺就，路面呈黑褐色，路基边缘涂刷一定宽度的白色标记，这种路面与道路边缘强烈的亮度反差可以让驾驶员非常方便地辨别出自己车辆在道路中的位置。智能车依靠摄像头获取道路信息，对路面区域色彩或亮度反差要求更为苛刻。路面标记信息的污染和大面积残缺，都会造成摄像头拾取的道路信息不完整，从而影响智能车的正常行驶。所以，智能车运行的路面中心线、路面边缘线必须与路面的其他部分保持显著的色彩或亮度差异。

问题2：如何传递摄像头拍摄的画面信息。

OV7620是一款数字化摄像头，它支持I2C串行数据传输，也支持8位并行数据传输；它既可以输出彩色信号，也可输出黑白信号。考虑到等级公路路面与路边缘标记的色彩反差较大，所以在对摄像头进行设置时，可让摄像头工作在黑白图像输出状态。为提高信息传递的速率，可将摄像头信号输出方式设定为并行数据传输。如果需要动态监视视频图像，可考虑使用串行数据通信。

4.2 智能车控制软件系统结构与控制算法

智能车控制软件系统由数据读取与存储部分、数据二值化部分、数据分析部分、数据比较部分、误差计算部分和控制数据类型转换输出部分等六部分组成，具体结构见图3。

智能车控制算法：系统在检测到中央控制单元时钟稳定后，启动摄像头进入工作状态，中央控制单元的数据捕捉模块读取摄像头输出的图像信号并存储；数据二值化部分对存储器内存储的图像数据进行分析，动态生成二值化阀值，并自动完成图像数据二值化；数据分析部分对二值化后的数据分布情况进行统计与分析，在数据库中标记出道路边缘与道路中心的所在位置；数据比较和误差计算部分根据数据库中道路标记信息，计算出车辆目前在道路中所处的位置，如果车辆位置符合位置预设，则误差输出为零，车辆保持目前状态继续行驶，如果车辆位置偏离预设位置，则误差输出数据随偏角大小而变化；控制数据类型转换部分会将误差输出数据转化为具有一定功率的控制信号，改变车辆当前运行的状态，直至车辆运行状态符合预设要求。

5 结语

由OV7620芯片制作的数字化摄像头，内置10 Bit A/D转换单元，具有8 Bit图像数据输出接口，极易与常用的汽车控制芯片组成结构简洁的车辆控制系统。此系统与模拟摄像头构成的智能车控制系统相比，具有硬件结构简洁、软件程序编写容易的特点，是构成智能车控制系统的首选。

参考文献

[1]胡长晖，叶梦君，等.基于视觉技术智能车系统的设计[J].湖北师范学院学报：自然科学版，2012（2）：17-21.

[2]费琛，杨会成，杨惠.基于图像传感器的智能车硬件系统设计[J].工业控制计算机，2012（5）：107-108.