基于飛思卡爾智能車無線圖像處理實時監控系統設計

摘 要：介紹一種基于無線圖像傳輸的攝像頭智能車在線調試與仿真系統。攝像頭智能車的數據量大，并且數據處理復雜。使用無線傳輸圖像模塊把智能車攝像頭的即時圖像發送到PC端，經過軟件采集、處理、保存，直觀的顯示，方便調試者快速發現智能車運行異常的原因。

關鍵詞：智能車；無線圖像傳輸

本系統背景是第七屆全國大學生“飛思卡爾”杯智能車攝像頭組比賽。第七屆比賽規則比往屆改動較大，采用高仿實際路況的雙線標志線及十字路口、S型彎道等。總體的來說這次變動大大的增加攝像頭組綜合難度。雖然在改動規則前提下，從第七屆攝像頭組比賽成績看，智能車速度并沒有降低，反而突破往年歷史車速。迫于這種壓力下，我們致力于開發一套適合、高效、精確符合自身情況智能車調試系統。這對于在比賽中取得更好的成績尤為重要。

1 系統介紹

系統有硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要是無線傳輸圖像模塊，軟件部分主要是基于C#圖像處理系統。

系統首先通過無線傳輸模塊把智能車上的圖像傳送到PC端，進過PC端系統軟件采集相關的圖像信息并保存到相關的文件夾。用戶通過指定VC++6.0工程編寫策略控制代碼，然后生成dll文件。系統通過加載dll文件實現執行用戶自己編寫的控制算法。

用戶可以通過這個平臺快速開發圖像處理算法和控制算法。用通過本系統可以更直觀的看到智能車實時圖像信息，克服了以前不知道智能車的圖像信息狀態。使用VC++6.0生成dll文件，編程環境更貼近單片機開發環境，大大降低用戶編寫的代碼語法規則與實際單片機開發的差異，用戶可以更順利的移植算法到單片機上。

硬件部分主要為RX系列無線收發模塊。外圍電路簡單，僅使用5V供電，適用于智能車電源接口，無需額外電源供電。具有圖像傳輸穩定，干擾小，傳輸距離遠，體積小等優點。而無線接收模塊，同樣具有小功率，圖像傳輸質量好等特點。接收模塊5V供電可以接使用PC端USB供電，也可以使用單獨電源供電。

使用前需要把智能車上的攝像頭模擬信號接入無線發射模塊視頻信號輸入引腳，接收模塊也需要把視頻信號引腳接入視頻采集卡（將模擬信號轉化數字信號），視頻采集卡接PC端，同時給收發模塊供電，并且調好相同的頻道。這樣就實現了智能車與PC端之間的通信。

軟件部分主要有系統圖像采集和自定義圖像處理算法組成。軟件系統是基于.NET平臺下C#語言開發的圖像采集處理監控系統。具有跨平臺，易于管理維護等特點。

系統圖像采集是調用C#中的視頻采集接口函數驅動，在根據攝像頭幀率采集圖像并且保存到相應的文件夾。采集的同時根據用戶設置的采樣參數對每一幅圖像進行采樣。用戶設置的參數包括：采集行，采集列，采集行間隔，采集列間隔，二值化閥值，邊緣檢測閥值。采樣后圖像將自動保存在系統軟件默認ImageData文件，也可以由用戶修改。自定義圖像處理算法主要是通過打開采樣后的圖像同時進行相應的圖像算法處理得到直觀的信息。

用戶可以選擇系統默認算法或者是使用自己編寫的算法。使用用戶自己編寫代碼時需要生成dll文件放到系統軟件默認的CarStrategy文件下。系統軟件通過調用DLL中算法實現用戶自定義圖像處理算法。用戶自定義算法包括：圖像處理算法，中心值查找算法，曲率計算算法，理想速度控制算法。算法在處理時，只對采樣圖像副本處理，一次錄像多次使用。大大增加系統的靈活性和增強了系統與用戶之間通信。

為了更方便分析圖像，增加了一個灰度值分析模塊。圖像灰度值分析可以說是圖像處理領域一個重要的技術。當然這里使用的是一些已經滿足當前比賽的灰度值分析基礎技術。灰度值分析模塊可以得到一幅圖像的像素灰度值直方圖，并且可以通過OTSU自動閥值算法分析出圖像二值化的最佳閥值，這可以成為調試智能車圖像二值化閥值得一個參考標準。

2 系統性能綜合分析

本系統經過長期應用到實際智能車調試中，也存一定的局限性，還需要不斷完善，至于有些問題從某種理論分析是很難解決的。

使用過程中，發現RX無線模塊容易受到其它無線頻率的影響，如果室內存在2.4G的無線收發器都會對無線傳輸模塊產生影響，PC接收到的圖像不穩定，容易失真。失真的圖像信息占總傳輸圖像信息的10%。雖然能得到大部分圖像信息，但為了減少不必要誤差。在調試中盡量關閉其它無關的無線設備，如無線路由等。此外盡量調試無線模塊頻率至傳輸圖像最佳。

使用C#庫中視頻圖像抓拍函數，得到的是640*480的圖像，但實際單片機采集圖像沒有這么多，例如，單片機實際采集算法是間隔4行采集1行。所以需要對640*480的圖像進行采樣，得到與單片機實際采集圖像近似。而這些往往會產生一定誤差積累，導致無法最精確的反應智能車實際圖像。但最終發現如果把這些圖像應用智能車算法調試中，這些誤差都是忽略不計的，是不會對算法仿真有太大的影響。

因為在實際仿真算法調試研究中，通過軟件處理的圖像信息與實際單片機采集圖像信息是接近90%的相似度（已經過智能車串口輸出實際圖像對比）。仿真算法更多的是驗證算法是否能按照預期處理各種圖像并得到可靠的信息。實際智能車在運行可能遇到各種各樣的情況，也許目前算法是無法處理這些情況。仿真算法是研究處理效果更好，算法健壯性更強的算法，這對于在實際比賽是至關重要的。

綜合來講，整套系統性能可靠性、實用性已經目前的實際情況。

3 結束語

本系統主要無線圖像傳輸模塊實現智能車信息與PC通信。只需要通過簡單操作，就可以實時監控或者離線調試智能車算法。使用實時監控模式下，不會產生智能車微控制器額外的負擔，以排除調試工具自身對智能車的干擾。通過離線調試智能車算法，不僅高效分析，而且實現仿真算法與實際智能車控制移植性，具有很高的實用價值。