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基于摄像头的智能车循迹方法

【摘要】本文基于摄像头传感器设计并实现智能车自主循迹行

驶。采用摄像头传感器的信号采样模块获取赛道黑线信息，高效稳

定的循迹算法使小车能够自主识别黑色引导线并根据黑色引导线

实现快速稳定的寻线行驶。

【关键词】智能；传感器；pid

一、前言

智能车辆（intelligntvehicle-iv），又叫轮式移动机器人，是

一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合

系统[1]，它体现了自动控制、人工智能、传感技术、机械技术、

计算机技术等多个学科领域理论技术的交叉和综合。自主导航技术

是智能车辆最为核心的技术；而基于视觉的自主导航技术是针对城

市环境的智能车辆研究中极具前景的方向，是典型的高新技术综合

体。智能车辆致力于提高汽车的安全性、舒适性和提供优良的人车

交互界面，是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动

力。

美国交通部已开始一项五年计划，与美国通用汽车公司合作研发

一种智能防撞系统。1995年6月，nablab5进行了穿越美国陆地的

实验nha，从美国宾州的匹兹堡到美国加州的圣地亚哥城市，其路

程4587公里，其中自主驾驶部分占百分之九十七。

2003年，中国清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室

在中国科学院院士张钹带领下研究制作的智能移动车辆清华
thmr-v[2]型智能车，具备面向全国高速公路与一般道路的功能。

车辆采用的是道奇7座车改装而成，装有激光测距仪器和彩色摄影

机组成的路径与障碍物检测系统；由gps、光码盘和磁罗盘组成的

组合gps导航系统等。计算机系统进行视觉处理，完成路径规划、

信息融合、决策与行为控制等诸多功能。

二、“飞思卡尔”智能车的发展

（1）国外发展现状

“飞思卡尔”杯智能车竞赛于2000年在韩国首次举办，韩国大

学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔

半导体公司赞助下成立举办的以飞思卡尔单片机为核心的学生科

技竞赛。由主办方提供标准的智能小车模型、直流驱动电机、舵机、

可充电锂离子电池，参赛的队伍要制作一辆可以自主识别道路的智

能车辆，在固定设计的道路上自动识别道路和自主行驶，跑完赛程

用的时间最短，并结合技术论文评分名次较高的参赛队伍就是胜利

队伍。

（2）国内发展现状

经教育部高等教育司研究决定于授权委托，在高等教育司的领导

下，由教育部高等高等学校自动化专业教学指导分委会主办、飞思

卡尔半导体公司协办的“全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛”[3]，

自2005年由清华大学举办的第一届智能汽车邀请赛，到2012年已

经举办了第七届。智能车赛的成功举办，从根本调动全国众多大学

生的学习和研究热情，对大学生的知识运用和实践能力的提高具有
积极的推动作用。

（3）智能车赛的运行规则

赛道路面用专用白色kt基板制作，赛道宽度不小于45cm。赛道

与赛道的中心线之间的距离不小于60cm。跑道表面为白色，赛道两

边有黑色线，黑线宽25mm±5，沿着赛道边缘粘贴。智能车自主识

别道路运行，在没有跑出赛道的前提下加快速度并能判断起始点自

动停车。

三、摄像头的工作原理

图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。它使用一种高

感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器

芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存

储器或内置硬盘卡保存。摄像头具有探测范围广精度高等优势，前

瞻性好，利于速度控制，同时也存在易受干扰处理信息量大等缺陷

[4]。摄像头成像的原理是当光线照射景物，景物上的光线反射通

过镜头聚焦，图像传感器就会感知到图像。如图2所示，摄像传感

器连续读取描影像上的一行数据，则输出信号便是连续的图像电压

信号。当扫完成一行，视频信号输出端就送出一个比视频信号电压

还低的电平，并持续一段较长的时间。接着每一行影像信号的后面

就是行同步脉冲信号，是换行的标志信号。然后提取下一行数据，

直到提取完之一场的影像数据信号，然后就会有一小段场消隐信

号。场同步脉冲预示着新的一场图像来临，只是，场消隐电平刚好

跨在上一场数据的结尾处和下一场数据的开始，场消隐信号过去
后，下一场的影像数据信号才是数据。传感器每秒扫描二十五幅图

像，每幅在分奇信号、偶两场信号，先奇场信号后偶场信号。奇场

图像信号时只读取图像中的奇数行，偶场图像信号则只读取偶数

行。

四、循迹算法

基于摄像头传感器设计并实现智能车自主循迹行驶。智能车采用

基于摄像头传感器的信号采样模块获取赛道黑线信息。

本系统设计的图像提取方法是对摄像头采集的信息进行隔行提

取，一共提取50行150列并且存储在一个二