algorithm including crossroad line and dashed line, and their compensation algorithms are proposed. Based on these algorithms, the path center line extraction algorithm, the recognition of the path type algorithm, the servo control algorithm and the motor speed control algorithm are proposed in detail. Finally, the testing and discussion are introduced. The optimal algorithms are selected according to the testing results for the proposed intelligent car system, which can make the car run along the complex path fastly. The proposed intelligent car performed excellent in the Eighth National Undergraduate Freescale Intelligent Car Contest.
Keywords: Double Guide Line ; Center Line Extraction Algorithm ; Dashed Line;
The Recognition Of The PathType Algorithm;
湖北师范学院机电与控制工程学院2014届学士学位论文（设计）
逆行驶摄像头智能车系统的设计与实现
郑正猛（指导老师，叶梦君 讲师）
(湖北师范学院机电与控制工程学院 中国 黄石 435002)
1 前言
智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人驾驶，人只舒服地坐在车上享受这种高科技的成果就行了。因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、“大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶[1]。本智能车系统通过装在智能车上的数字摄像头获取前方道路的信息，主控制器依据获取的信息，控制小车自主导航，自主调整行驶的方向和速度，以合理的转向和速度搭配,准确高速地通过复杂多变的实际路径。
本文主要针对智能车在由白色的KT板制作的路径路面上运行，路径的两边有黑色的导航线且路径由直道、大弯、虚线弯以及十字路口等交错形成。该智能车是以飞思卡尔MC9S12XS128单片机为主控制器，以数字摄像头OV6620为路径信息采集传感器，驱动轮在前，转向轮在后的逆向行驶智能车。通过数字摄像头OV6620采集前方道路的图像信息，主控制器在此基础上提取出有效的边沿后，拟合出路径中心线并进行路径识别，通过较好的控制算法，控制舵机转向和电机速度，让智能车顺利完美地通过每一处路径。
2 选题背景
2.1 选题的意义
智能汽车是未来汽车发展方向，将在促进道路交通的安全性、发展自动化技术、提高舒适性、控制准确性等许多方面发挥很重要的作用；同时智能汽车是一个集通信技术，
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计算机技术，自动控制，信息融合技术，传感器技术等于一体的行业，它的发展势必促进其他行业的发展，在一定程度上代表了一个国家在自动化智能方面的水平[2]。
智能小车系统是迷你版的智能汽车，二者在信息提取，信息处理，控制策略及系统搭建上有很多相似之处，可以说智能小车系统将为智能汽车的研究提供很好的试验和技术平台，推动智能汽车的发展，摄像头作为很多智能汽车的信息输入传感器具有其他很多传感器所不具有的优势，如对物体特征的提取，视野宽广等，因此基于摄像头的智能小车系统的研究将推动智能汽车的发展。 2.2 国内外智能小车研究现状
目前智能汽车的研究已经成为国内外汽车领域研究的热门，很多有实力国际著名汽车公司和知名大学纷纷加入研究智能车的队伍之中[3]。许多欧美国家投入大量精力进行智能车的相关设计实验，已经取得了很多的成就，并举办一些智能车的竞赛来推动该项研究的发展。我国从上世纪80年代开始着手这方面的研究，虽与国外相比还有一些距离，但目前也取得了阶段性成果。国内清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学等都有过智能车的研究项目。1992年国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的智能车，2000年6月国防科技大学研制成功的第4代智能车创下国内最高时速记录。
全国“飞思卡尔”杯智能车竞赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛[4]。智能车竞赛是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。智能车设计要求参赛队伍首先对汽车动力学有一定的研究和了解，从而设计出合理的机械结构，同时要求参赛队伍自行设计控制器系统电路、图像采集模块电路、电机驱动模块电路等。在硬件平台搭建完成后，参赛队伍要对智能车系统的路线辨识以及控制算法进行开发和调试。目前，此项赛事已经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新型人才提供了重要平台。
3 系统基础理论
3.1 路径导航技术
摄像头智能车路径跑道所占面积为5m×7m左右，由各种不同长度的直道、不同曲率
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半径弯道、十字路口以及虚线等组成。每一处路径在未粘贴黑色导航线时宽度不小于45cm，路径与路径之间的中心线距离不小于60cm。路径路面由专用的KT板制作，表面为白色，在路径的两边有黑色的导航线，黑线宽25mm+5，沿路径的边缘粘贴，要求智
能车在行驶时不能跑出两条导航线之间的白色路面。路径示意图如图3.1和图3.2所示。
图3.1 路径比赛现场
赛道中心线距离不小于60cm小S弯虚线赛 道度m宽道45c赛于不小赛道宽度cm不小于45赛道中心线距离不小于60cm 图3.2 路径具体参数示意图
摄像头智能车通过数字摄像头拍摄车体前方的路径，得到由黑色导航线、深蓝色背景和白色路面组成的灰度图像。背景的深蓝色和导航线的黑色在图像中灰度值大小差不多，而二者均与路面的白色灰度值大小差别很大，智能车就是根据灰度值的大小差别把路面和导航线、背景区分出来。数字摄像头直接输出代表灰度值大小的数字信号，控制器采样图像中各点的灰度值，就可以得到导航线和白色路面的信息。 3.2 OV6620摄像头的基本特点
OV6620摄像头是美国Omni Vision公司生产的CMOS彩色/黑白图像传感器，在
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一个小尺寸、单片封装的芯片内部提供了高水平性能，并且功耗低的特点，非常适合应用在嵌入式图像采集系统中[5]。OV6620摄像头信息量大，前瞻性好，对速度很快的智能车系统是一个很好的选择。
OV6620摄像头主要特征：
（1）NAL制，每秒25帧，每帧两场，因此每秒就有50场，也就意味着20ms就有一幅图像产生。每幅图像有292行，每行有356个点。
（2）输出4种图像同步的时序信号：像素时钟PCLK、行同步信号HREF、帧同步信号VSYNC和奇偶场同步信号FODD。即行、场同步中断信号有现成的，而且消隐区也十分有规律。
（3）有独立的17MHz晶振，需要稳定的5V电源供电，功耗低，能与主板上的供电电源兼容。
（4）支持连续和隔行2种扫描方式。
（5）可以通过8位和16位的数据总线输出RGB、GRB4:2:2、YUV或YCrCB格式的图像数据，能够满足一般的图像采集要求。
（6）OV6620内部可编程功能寄存器的设置有上电模式和SCCB编程模式，SCCB编程模式下可以调整摄像头的参数，比如电子曝光、增益、白平衡控制等，其本质是SCCB协议的寄存器写入。
OV6620实物图如图3.3所示， OV6620引脚图如图3.4所示。
3.3 MC9S12XS128的特点
图3.3 OV6620实物图 图3.4 OV6620引脚图
MC9S12XS128是Freescale公司推出的S12系列微控制器。其集成度高，片内资源丰富，接口模块包括SCI、A/D、PWM，ECT等。它不仅在汽车电子、工业控制、中高
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