基于嵌入式的图像识别道路装置的制作方法

本实用新型涉及一种道路识别装置，尤其涉及一种基于嵌入式的图像识别道路装置。

背景技术：

路面识别是图像内容分析的重要组成部分。不同的事物具有不同的形状和表面，在二维图像中的表示为不同的边缘、不同的颜色和不同的纹理特征。道路的特征可以通过对大量道路图像进行统计获得。目前，通过模型匹配、结构信息、目标跟踪、色度信息等方法从图像中识别出道路。比如，可以采用纹理特征区分砂石路面、水泥路面等。但这些方法总体处理速度较低，识别效果也较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的：提供一种基于嵌入式的图像识别道路装置，结构简单，操作方便，成本低。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于嵌入式的图像识别道路装置，包括图像采集装置、控制与处理装置、监测装置、数据存储装置、人机交互装置、执行装置、通信串口、供电装置及模块集成插座板；所述的图像采集装置、数据存储装置、人机交互装置、执行装置及通信串口分别与所述的控制与处理装置双向连接，所述的控制与处理装置的输出端与所述的监测装置的输入端连接，所述的供电装置的输出端与所述的控制与处理装置的输入端连接；所述的模块集成插座板分别与所述的图像采集装置、控制与处理装置、监测装置、数据存储装置、人机交互装置、执行装置、通信串口及供电装置连接。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的模块集成插座板上集成了摄像头的20PIN排针、嵌入式处理器插座、4PIN UART串口插针、5v和6v直流降压装置、供电开关、SD卡槽、OLED显示屏的插座及电机驱动装置。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的图像采集装置为MT9V032全局快门高性能摄像头，所述的图像采集装置通过所述的摄像头的20PIN排针插接在所述的模块集成插座板上。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的控制与处理装置为基于ARM Cortex-M4的Freescale K60FX512嵌入式处理器及其外围电路组成的模块电路，所述的控制与处理装置通过所述的嵌入式处理器插座插接在所述的模块集成插座板上。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的人机交互装置为pc机。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的执行装置包括 6v数字舵机、12v直流电机及大功率电机驱动板，所述的大功率电机驱动板通过电机驱动装置插接在所述的模块集成插座板上；所述的12v直流电机的正负极线与所述的大功率电机驱动板的电机输出端相连，所述的大功率电机驱动板与所述的控制与处理装置连接。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的通信串口为 UART串口及用于与上位机通信的USB转UART装置，所述的通信串口通过所述的4PIN UART串口插针插接在所述的模块集成插座板上。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的供电装置为12v 电池，并经过降压模块降压得到5v和6v直流电源，所述的供电装置通过所述的5v和6v直流降压装置及供电开关插接在所述的模块集成插座板上，所述的5v直流电源连接到所述的控制与处理装置，所述的6v直流电源连接到所述的6v数字舵机的供电端口，所述的12v直流电源连接到所述的12v直流电机的供电端口。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的监测装置为 OLED显示屏，所述的OLED显示屏通过所述的OLED显示屏的插座插接在所述的模块集成插座板上。

上述的基于嵌入式的图像识别道路装置，其中，所述的数据存储装置为嵌装在所述的SD卡插槽内的SD卡，所述的SD卡通过SDIO接口与所述的控制与处理装置连接。

本实用新型能通过嵌入式技术有效识别道路图像，提高识别的效率，识别效果也较好。

附图说明

图1是本实用新型基于嵌入式的图像识别道路装置的连接框图。

图2是本实用新型基于嵌入式的图像识别道路装置的模块集成插座板的连接图。

图3是本实用新型基于嵌入式的图像识别道路装置的流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

请参见附图1所示，一种基于嵌入式的图像识别道路装置，包括图像采集装置1、控制与处理装置2、监测装置3、数据存储装置4、人机交互装置5、执行装置6、通信串口7、供电装置8及模块集成插座板9；所述的图像采集装置1、数据存储装置4、人机交互装置5、执行装置6及通信串口7分别与所述的控制与处理装置2双向连接，所述的控制与处理装置 2的输出端与所述的监测装置3的输入端连接，所述的供电装置8的输出端与所述的控制与处理装置2的输入端连接；所述的模块集成插座板9分别与所述的图像采集装置1、控制与处理装置2、监测装置3、数据存储装置4、人机交互装置5、执行装置6、通信串口7及供电装置8连接。

请参见附图2所示，所述的模块集成插座板9上集成了摄像头的20PIN 排针91、嵌入式处理器插座92、4PIN UART串口插针93、5v和6v直流降压装置94、供电开关95、SD卡槽96、OLED显示屏的插座97及电机驱动装置98。

所述的图像采集装置1为MT9V032全局快门高性能摄像头，所述的图像采集装置1通过所述的摄像头的20PIN排针91插接在所述的模块集成插座板9上。摄像头传回分辨率为100*180的灰度图像到控制与处理装置 2。该摄像头的8位图像数据接口与Freescale K60FX512单片机的GPIOA 模块PTA0-PTA7管脚相连进行数据高速传输。该摄像头与单片机的通讯接口是由摄像头的UART接口和单片机的UART3模块PTC0，PTC1相连所构成。 UART3是单片机控制摄像头的接口，主要控制摄像头的帧速，曝光时间，图像分辨率以及图像色彩输出格式，使摄像头图像稳定高速传输。该摄像头采用110°低畸变广角摄像头，增加图像视野，在同等图像像素下获得更丰富的道路元素，以使后续图像处理更精准。

所述的控制与处理装置2为基于ARM Cortex-M4的Freescale K60FX512嵌入式处理器及其外围电路组成的模块电路，所述的控制与处理装置2通过所述的嵌入式处理器插座92插接在所述的模块集成插座板9 上。Freescale K60FX512嵌入式处理器具有资源丰富，运算速度快的特点，因此被选做控制核心芯片，通过Freescale K60FX512单片机的GPIOA的无源滤波模块将摄像头传回数据中的12M-30MHZ的杂波滤除，减少传回图像的噪点，以增加图像质量。为了增加图像传输速度，减少响应时间，将摄像头配置为8位灰度图像模式。单片机的GPIOB模块与摄像头的采集信号完成模块相连，分别是：PTB0与像素中断管脚相连，PTB1与行中断管脚相连，PTB2与场中断管脚相连，使单片机分离图片帧。通过Freescale 中的DMA1模块将GPIOA寄存器地址映射到单片机内存中，减少CPU占用时间，加快图像处理速度，提高处理帧数。

所述的人机交互装置5为运行特定程序的pc机，为运行上位机程序的电脑。利用Freescale K60FX512单片机的UART0模块，将采集到的二值化图像传输到上位机，上位机显示此二值化图像。

所述的执行装置6包括6v数字舵机61、12v直流电机62及大功率电机驱动板63，所述的大功率电机驱动板63通过电机驱动装置98插接在所述的模块集成插座板9上；所述的12v直流电机的正负极线与所述的大功率电机驱动板63的电机输出端相连，所述的大功率电机驱动板63与所述的控制与处理装置2连接。6v数字舵机，具有响应快，扭矩大，转动角度精确的特点。6v数字舵机通过信号线与K60FX512单片机的输出PWM方波的管脚相连，随着单片机工作产生特定的PWM波，6v数字舵机随之转动到预期角度，以达到改变车辆方向的效果。连接好12v直流电机的供电线。大功率电机驱动板63的控制端中的使能管脚与Freescale K60FX512单片机GPIO模块的PTE0管脚相连，当PTE0输出高电平时，电机正转，当PTE0 输出低电平时，电机反转。大功率电机驱动板63的控制端的PWM输入管脚与单片机的电机PWM输出管脚PTD1相连，当单片机输出PWM波后，电调将按PWM波驱动电机转动。

所述的通信串口7为UART串口及用于与上位机通信的USB转UART装置，所述的通信串口7通过所述的4PIN UART串口插针93插接在所述的模块集成插座板9上，通信串口7插入电脑USB接口，用于实时接收实验平台传回的道路信息。

所述的供电装置8为12v电池，并经过降压模块降压得到5v和6v直流电源，所述的供电装置8通过所述的5v和6v直流降压装置94及供电开关95插接在所述的模块集成插座板9上，所述的5v直流电源连接到所述的控制与处理装置2，所述的6v直流电源连接到所述的6v数字舵机61 的供电端口，所述的12v直流电源连接到所述的12v直流电机62的供电端口。5v直流电连接到Freescale K60FX512单片机的供电端口。

所述的监测装置3为OLED显示屏，所述的OLED显示屏通过所述的 OLED显示屏的插座97插接在所述的模块集成插座板9上，实时显示车辆与道路的偏差数据，二值化阈值数据、帧速数据、图像处理速度数据。

所述的数据存储装置4为嵌装在所述的SD卡插槽96内的SD卡，所述的SD卡通过SDIO接口与所述的控制与处理装置2连接，起到上位机和单片机数据交换及为单片机保存数据的作用。SD中可保存实验平台在运动过程中采集的每帧图像，以及当时的帧速，图像处理时间。同时SD卡也用于保存上位机标定的校正系数，正矫正表及反校正表，将数据提供给单片机，使单片机在工作运行中可实时调用查询这些标定，提高道路特征提取的准确性。

在系统设计时，考虑到车辆运动过程中光线时刻改变对图像前景色背景色分离，道路特征提取有很大影响，因此在本系统图像存储过程中计算全场亮度，调整到最佳二值化阈值，分离图像前景色和背景色，使道路特征更加明显。

全场亮度计算：计算二值化阈值大小确定全场亮度，通过单片机UART3 模块与摄像头通信，调整摄像头曝光时间。

控制与处理装置2主要进行三大处理：图像接收并储存，道路特征的提取，控制执行机构。

道路特征的提取：首先对接收到的图像进行滤波和动态二值化处理，之后对二值化图像进行道路特征提取。当中利用爬虫算法，对当前处理中的像素点周围的8个像素进行扫描判断，可做到精确的提取出连续的道路边沿位置及长度。可判断出道路是否是直道，若为弯道，也能精准计算预测出道路转弯方向，提前减速，防止车辆在转弯时冲出道路。依靠道路边沿的准确提取以及车辆宽度判断，本实用新型能做到实时监测车辆在行驶时相对于道路的位置，若车辆外侧太过贴近道路两旁，处理器会干预车辆行驶方向，防止车辆行驶发生意外。

控制执行机构：单片机计算出道路特征及车辆方向与道路偏差后，通过Freescale K60FX512单片机的GPIO模块的PTD0管脚输出准确的PWM 波，控制舵机转动预期角度，以达到修正车辆行驶方向的目的。通过 Freescale K60FX512单片机的GPIO模块的PTD1管脚输出控制电机转动的 PWM波，来实时控制电机转速，调整车速。

上位机提供用户编程接口，可由用户通过自定义程序结合上位机提供的透视变换功能以及桶形矫正功能处理图像，并观察处理结果，改进算法，达到本实验平台的仿真目的。

观察结果包括：道路边沿，车辆行驶方向与道路的偏差大小。并在图像中用不同颜色显示。

由于摄像头安装角度与地面呈一定倾角以及摄像头所配镜头有光学畸变，导致图像与实际道路特征有较大偏差，因此需要单片机中的图像矫正模块，但此模块需要校正系数，正矫正表及反校正表。通过上位机提供透视变换功能以及桶形矫正功能，标定模块，计算出校正系数，正矫正表及反校正表并下载模块下载到SD卡中，供单片机图像矫正模块使用。

上位机提供下载功能，可将用户程序下载到单片机中。

请参见附图3所示，所述的基于图像的道路识别方法，能够实现道路边沿的准确提取，计算出道路中心轨迹，以及当前车辆方向与道路中心的偏差，用于实时修正舵机角度，保证车辆行驶方向的正确。

综上所述，本实用新型能通过嵌入式技术有效识别道路图像，提高识别的效率，识别效果也较好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。