基于圖像處理的智能小車(chē)的研究與實(shí)現(xiàn)
智能小車(chē)系統(tǒng)的構(gòu)建，必須要從控制電源、路徑、驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、速度等多方面實(shí)施處理，基于圖像處理的智能小車(chē)設(shè)計(jì)，必須要考慮到智能小車(chē)的每個(gè)模塊的硬件和軟件部分。在一定程度上，要實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易化，第一采集高標(biāo)準(zhǔn)化，特定點(diǎn)采集準(zhǔn)確化、傳輸準(zhǔn)確化，以此實(shí)現(xiàn)基于圖像處理的智能小車(chē)的研究。這樣才能夠真正提高智能小車(chē)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化、有效化�；诖�，本文以圖像處理下的智能小車(chē)的研究與實(shí)現(xiàn)為題展開(kāi)分析與討論。
1 引言
為了保證小車(chē)能夠快速穩(wěn)定地行駛，必須要根據(jù)圖像傳感器所采集到的信息，快速地對(duì)路徑進(jìn)行判斷，并且根據(jù)速度檢測(cè)模塊反饋行駛狀態(tài)，進(jìn)而能夠?qū)⑿畔鬟f給伺服電機(jī)，使其得到相應(yīng)的控制。并且傳感器在實(shí)施監(jiān)測(cè)時(shí)，需要迅速地對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行處理，因此各模塊的緊密配合度是智能小車(chē)快速行駛的關(guān)鍵。智能小車(chē)的智能模塊主要是完成對(duì)各種信息的收集和處理，并且做出決策輸出控制信號(hào)。智能小車(chē)的路徑檢測(cè)是在智能小車(chē)的前端安裝一個(gè)CMOS攝像頭以及視頻分離模塊，主要是對(duì)賽道上的一些情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與識(shí)別，進(jìn)而為小車(chē)的速度和轉(zhuǎn)向提供依據(jù)。轉(zhuǎn)向模塊是通過(guò)反饋路面的信息和小車(chē)的當(dāng)前狀況，經(jīng)過(guò)控制器的一系列的計(jì)算，進(jìn)而將計(jì)算結(jié)果傳向控制系統(tǒng)。速度檢測(cè)模塊是采用一對(duì)紅外發(fā)射與接管配合的光電碼盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如此它對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將信號(hào)反饋給控制器。調(diào)試輔助模塊是為了方便小車(chē)調(diào)試，主要是采用通訊設(shè)備數(shù)碼顯示8位撥碼開(kāi)關(guān)的輔助工具。通信設(shè)備可以采集到的賽道圖像信息傳輸?shù)絇C機(jī)上，對(duì)采集的圖像進(jìn)行直觀(guān)的分析。
2 圖像處理技術(shù)
2.1 圖像增強(qiáng)
圖像增強(qiáng)的目的是改善圖像的視覺(jué)效果，它是各種技術(shù)的匯集，還沒(méi)有形成一套通用的理論。常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)有對(duì)比度處理、直方圖修正、噪音處理、邊緣增強(qiáng)、變換處理和偽彩色等。在多媒體應(yīng)用中，對(duì)各類(lèi)圖像主要進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，各類(lèi)圖像處理軟件一般都支持圖像增強(qiáng)技術(shù)。
2.2 圖像恢復(fù)
圖像恢復(fù)的目的是力求圖像保持本來(lái)面目，用來(lái)糾正圖像在形成、傳輸、存儲(chǔ)、記錄和顯示過(guò)程中產(chǎn)生的變質(zhì)和失真。圖像恢復(fù)必須首先建立圖像變質(zhì)模型，然后按照其褪化的逆過(guò)程恢復(fù)圖像。
2.3 圖像識(shí)別
圖像識(shí)別也稱(chēng)模式識(shí)別，就是對(duì)圖像進(jìn)行特征抽取，然后根據(jù)圖形的幾何及紋理特征對(duì)圖像進(jìn)行分類(lèi)，并對(duì)整個(gè)圖像作結(jié)構(gòu)上的分析。通常在識(shí)別之前，要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括濾除噪聲和干擾、提高對(duì)比度、增強(qiáng)邊緣、幾何校正等。圖像識(shí)別的應(yīng)用范圍極其廣泛，如工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、指紋識(shí)別系統(tǒng)以及醫(yī)學(xué)上的癌細(xì)胞識(shí)別等。
2.4 圖像編碼
圖像編碼的目的是為了解決數(shù)字圖像占用空間大，特別是在做數(shù)字傳輸時(shí)占用頻帶太寬的問(wèn)題。圖像編碼的核心技術(shù)是圖像壓縮。對(duì)那些實(shí)在無(wú)法承受的負(fù)荷，只好利用數(shù)據(jù)壓縮使圖像數(shù)據(jù)達(dá)到有關(guān)設(shè)備能夠承受的水平。評(píng)價(jià)圖像壓縮技術(shù)要考慮三個(gè)方面的因素：壓縮比、算法的復(fù)雜程度和重現(xiàn)精度。
2.5 圖像分割
圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。
2.6 圖像描述
圖像描述是圖像識(shí)別和理解的必要前提。作為最簡(jiǎn)單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類(lèi)方法。對(duì)于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。隨著圖像處理研究的深入發(fā)展，已開(kāi)始進(jìn)行三維物體描述的研究，提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法[1].
3 智能車(chē)圖像采集模塊
圖像采集模塊，主要是由攝像頭、信號(hào)分離電路等部分組成�；趫D像處理的智能小車(chē)采集模塊，可以利用攝像頭的特點(diǎn)以及賽車(chē)行走的路線(xiàn)，進(jìn)行監(jiān)控與獲取相應(yīng)的信息。除此之外，還能夠以隔行掃描的方式，對(duì)不同的特殊點(diǎn)進(jìn)行掃描，傳送到處理部位，再通過(guò)圖像的傳感芯片轉(zhuǎn)化為電壓值，如此再通過(guò)電壓值實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出，如此能夠真正實(shí)現(xiàn)圖片掃描信息的傳遞。電壓的高低反映了圖像的變化，能夠監(jiān)測(cè)到小車(chē)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的差異性。
4 智能車(chē)速度采集模塊
在智能小車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中必須要注重速度采集模塊，速度檢測(cè)必須要以重量輕、體積不大的傳感器來(lái)構(gòu)建。目前可以通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)模塊的構(gòu)建。首先，要選擇好傳感器配合的石剛將其鑲在小車(chē)上面，再在其附近安裝原件，就可以檢測(cè)其磁場(chǎng)的變化，這種傳感器質(zhì)量輕，體積不大，監(jiān)測(cè)到的變化較為準(zhǔn)確，也不會(huì)增加車(chē)子后輪的負(fù)載量，但是它容易受到磁場(chǎng)的干擾，容易損壞齒輪。其次，光電編碼器也是另外一種速度采集儀器，它可以安在主驅(qū)動(dòng)齒輪上，靠傳遞獲取信息，該方案的優(yōu)勢(shì)就是信息準(zhǔn)確、精度高，但是會(huì)增加后輪的負(fù)載量，而且其體積偏大，所以會(huì)導(dǎo)致車(chē)重增加。其三，光電傳感器能夠鑲嵌在齒輪之間，對(duì)齒輪之間的電脈沖進(jìn)行檢測(cè)，由此獲得速度信息。而且它也可以對(duì)齒輪進(jìn)行打孔，通過(guò)接受到的紅外光產(chǎn)生脈沖信息，獲取速度信息。此方法體積小，不會(huì)增加后輪負(fù)載，但是容易受到光電管體積的限制。
5 智能車(chē)轉(zhuǎn)向控制模塊
智能小車(chē)的轉(zhuǎn)向控制模塊是智能小車(chē)的一個(gè)重要部分，小車(chē)靈巧的轉(zhuǎn)向是能快速轉(zhuǎn)彎的基礎(chǔ)，所以如何加快投機(jī)的響應(yīng)速度是轉(zhuǎn)向控制模塊的關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際操作當(dāng)中要對(duì)投機(jī)的安裝方式進(jìn)行調(diào)整和了解，這樣才能夠進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)向控制模板的效用。首先，要對(duì)投機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，投機(jī)一般是由托盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)等多部分組成，其中小型的直流電機(jī)又是原始動(dòng)力。其次，要明確投機(jī)的工作原理。投機(jī)是一個(gè)典型的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，在接受信號(hào)后能夠通過(guò)轉(zhuǎn)化獲得電壓差，進(jìn)而使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠得到控制。其三，要了解投機(jī)的控制方式。它通常是由轉(zhuǎn)向角度和輸入投機(jī)的正脈沖的關(guān)系控制的，所以當(dāng)輸入投機(jī)的正脈沖的寬度能夠得到控制時(shí)，就能夠控制投機(jī)的轉(zhuǎn)向位置，進(jìn)而使得投機(jī)受到控制。
6 智能小車(chē)輔助調(diào)試模塊
輔助調(diào)試模塊分為狀態(tài)顯示模塊和在線(xiàn)調(diào)試模塊。其中狀態(tài)顯示模塊是顯示智能小車(chē)在實(shí)際道路中的調(diào)試情況，能夠?qū)崟r(shí)地觀(guān)察小車(chē)的各種狀態(tài)，也能夠?qū)⑿≤?chē)進(jìn)程中的各種信息進(jìn)行顯示，它通常會(huì)使用LCD顯示、LED數(shù)碼管顯示、發(fā)光二極管顯示。其中考慮到LCD的費(fèi)用較高，而發(fā)光二極管顯示的信息量較少，所以通常會(huì)選用LED數(shù)碼管顯示來(lái)自實(shí)時(shí)的監(jiān)控小車(chē)進(jìn)程中的各種狀態(tài)。其次，在線(xiàn)調(diào)試模塊是在實(shí)際賽道調(diào)試中，不斷修改的控制方案，由此必須安裝此類(lèi)模塊，它可以在智能小車(chē)的控制系統(tǒng)當(dāng)中加一個(gè)8位撥碼開(kāi)關(guān)，提高小車(chē)的調(diào)試進(jìn)度[2].
7 圖像處理技術(shù)在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用
環(huán)境感知技術(shù)是利用圖像技術(shù)獲得車(chē)身周?chē)沫h(huán)境，對(duì)障礙物的信息進(jìn)行了解，在必要的條件下進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)，保證汽車(chē)的行使安全。在汽車(chē)內(nèi)部的攝像頭中利用圖像處理技術(shù)，可以有效地對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行了解，車(chē)載攝像頭根據(jù)周?chē)那闆r進(jìn)行分析，將情況傳輸?shù)诫娔X，電腦根據(jù)環(huán)境以及駕駛員需要進(jìn)行路線(xiàn)規(guī)劃處理。圖像處理技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)信息進(jìn)行有效整合，減輕了駕駛員的操作難度。在自動(dòng)駕駛中，進(jìn)行圖像處理技術(shù)，可以有效提高汽車(chē)行駛的安全性，保證人民生活的更加便利�？傮w上來(lái)說(shuō)圖像處理技術(shù)是在原有的視屏分析，圖像處理上進(jìn)行的優(yōu)化。
8 交通信息采集
在智能化的發(fā)展過(guò)程中，智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效地控制交通出行。在交通信息采集中利用圖像處理技術(shù)，可以對(duì)交通情況進(jìn)行分析，包含車(chē)流量、車(chē)速、車(chē)型分類(lèi)，以及車(chē)輛密集度進(jìn)行分析，確保交通的順暢。正確地使用圖像處理技術(shù)，對(duì)交通信息進(jìn)行采集，將采集的信息進(jìn)行分析處理從而做出更加正確的判斷。在交通擁堵的情況下，圖像處理技術(shù)可以有效地更改駕駛路線(xiàn)。在智能交通系統(tǒng)中，信息采集技術(shù)的有效進(jìn)步是建立在圖像處理技術(shù)的優(yōu)化，在優(yōu)化技術(shù)的同時(shí)提高交通安全性和效率。
9 結(jié)語(yǔ)
基于圖像處理技術(shù)進(jìn)行智能小車(chē)的建設(shè)，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)提取數(shù)字圖像中的有效信息，克服了傳統(tǒng)的信息模糊的現(xiàn)象。在整個(gè)使用過(guò)程中，圖像處理技術(shù)可以有效地進(jìn)行交通信息的收取，在交通信息的采集中，可以對(duì)路況進(jìn)行了解，給予駕駛員更好的路線(xiàn)，同時(shí)在無(wú)人駕駛中，提高車(chē)輛行駛的安全性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，圖像處理技術(shù)推動(dòng)了車(chē)輛智能系統(tǒng)的進(jìn)步，利用傳感器等設(shè)備技術(shù)，提高車(chē)輛行駛的安全，以及對(duì)車(chē)輛進(jìn)行有效控制。
參考文獻(xiàn)
[1]張錚，范若怡，言若寧，易環(huán)基于圖像處理的智能小車(chē)無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程滅火[J]實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018,37(1)：33-37.
[2]孫曉峰基于圖像識(shí)別的智能小車(chē)障礙物檢測(cè)方法研究[D]昆明：昆明理工大學(xué)，2017.
《基于圖像處理的智能小車(chē)的研究與實(shí)現(xiàn)》來(lái)源：《信息記錄材料》，作者：陳金偉,陳明福
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