基于视觉传感器的智能小车的标志识别系统
摘要：视觉信号具有信号探测范围宽、获取信息丰富等优点。随着近几年图像处理技术以及计算机处理能力的飞速发展，视觉导航成为机器人导航的主要发展方向之一。机器人导航的任务之一就是根据路面特征来行走，本文在Visual C++集成开发环境中基于OpenCV 和DirectShow 视频采集技术编程实现了系统的功能。本文所设计的就是一个基于视觉传感器的智能小车的标志识别系统，根据图像分析后的二值图像序列信息，使小车能根据识别到的图像信息进行运动。
关键词：智能小车视觉导航图像处理特征识别
The Mark Recognition System Based on Vision for an Intelligence
Vehicle
Abstract：Visual signal with the signal detection range, access to information-rich and so on. As in recent years, image processing technology and the rapid development of computer processing power, visual robot navigation as the main development direction of navigation. Robot navigation tasks is to walk to the road characteristics, this article in Visual C + + integrated development environment based on OpenCV and DirectShow video capture technology, programming function of the system. This article i
s designed is a smart vision sensor based car sign recognition system, according to the image analysis of binary image sequences, so the car can be identified according to the image information campaign.
Key Words：Intelligence Vehicle Mark Recognition Image Processing Feature Recognition
1 绪论
机器人[1]的导航技术是智能型机器人自主完成任务的核心技术。移动机器人[2]导航是指移动机器人按照预先给出的任务命令，根据已知信息做出路径规划，并在行进过程中，不断感知周围的局部环境信息，自主地做出决策，调整自身位姿，引导自身安全行驶或跟踪已经路径到达目标位置。这其中包括三个主要内容：避障、定位和路径规划。本文所设计的就是一个基于视觉传感器的智能小车的标志识别系统，根据图像分析后的二值图像序列信息，小车能根据识别到的图像信息进行运动。
2 基于视觉传感器的智能小车系统
本论文是基于视觉传感器[8]的智能小车识别系统，试验的平台选用的是上海中为机器人提供的小车，小车实现的功能是在地面行走时，能根据摄像头反馈回的地面特征，实现自主移动。实验中用到的模块有，CMOS 摄像头，无线图传模块，传感与通讯模块，运动控制模块，远程控制模块，USB 图像采集卡，运动过程如图2.1所示：
基于视觉传感器的智能小车的标志识别系统
图 2.1小车总体运动流程图
Fig 2.1 Flow chart of the overall sports car
2.1 小车运动控制流程图
小车的控制[3]流程可以分为以下三个部分，视觉采集，图片信息处理，运动控制，控制流程如图2.2
所示：
图 2.2 小车控制流程图
Fig 2.2 Car control flow chart
2.2 视觉采集系统
基于视觉的导航方式，机器人平台的图像采集系统获取机器人当前状态下的环境信息，通过对环境图像分析确定环境对象和机器人在环境中的位置。由于图像有较高分辨率，环境信息完整，符合人类的认知习惯，在机器人导航中得到广泛关注，本文所采用的正是基于视觉的导航，工作过程如图2.3所示：
图 2.3 视觉系统工作流程图
Fig.2.3 Vision system work flow chart
本小车选用的是COMS摄像头，摄像头安装在步进电机组件的转盘上，以便在需要时控制摄像头的旋转。摄像头的电源线连接在无线图传模块上，一起通过机器人供电（12V）；视频线连接在无线图传模块上，将采集到的图像传递到无线图传模块，再通过它将图像传出去。如图2.4所示：
视觉采集系统信息传输处理系统运动控制系统
图 2.4 CMOS 摄像头
Fig 2.4 CMOS camera
2.3 信息传输处理系统
摄像头采集到的信息要通过传输系统的传输才能被处理，智能小车的信息传输处理过程如图：
图 2.5 信息传输处理流程图
Fig 2.5 Information transmission processing flow chart
2.3.1 无线图传模块
无线图传模块安装在机器人的底盘下，其天线穿过底盘伸到上方来。无线图传模块采用的是模拟图像传输方式，12V 电源供电，其电源线连接在机器人运动控制模块的Video 接口上，由机器人给它供电。同时，通过另一路电源线给摄像头供电。如图2.6所示：
图2.6 无线图传模块
Fig 2.6 Wireless transmission module map
2.3.2 USB 图像采集卡
USB 图像采集卡也不装在机器人上，使用时接到计算机USB 口上，与远程控制模块一起使用。用视
频线连接图像采集卡与远程控制模块，在计算机端获取机器人端的图像。如图2.7，2.8 所示
基于视觉传感器的智能小车的标志识别系统
图 2.7 图像采集卡图 2.8 视频线
Fig 2.7 Image acquisition card Fig 2..8 Video cable
2.3.3 远程控制模块
远程控制模块不安装在机器人上，是一个独立的功能模块。需要遥控机器人时把它用串口线连接到计算机上，用配套的12V 电源模块给它供电。远程控制模块中包含了一个无线数传模块和一个无线图传模块，
分别与机器人端的无线数传模块和无线图传模块相对应。如图2.9所示：
图 2.9 远程控制模块
Fig.2.9 Remote control module
2.3.4无线数传模块
无线数传模块安装在机器人的传感与通信模块里，其天线从模块的上盖伸出。电源和信号线连接在传感与通信模块的UART1 接口上，如图2.10所示：
图 2.10 无线数传模块
Fig 2.10 Wireless module
2.4 运动控制系统
运动控制系统主要根据PC机传回的信息进行控制小车的运动，用到的模块为运动控制模块如图2.11所示：
图2.11运动控制模块
Fig 2.11 Motion Control Module
2.5 小车总体结构
实验中要用到的模块有：电源控制模块，运动控制模块，传感与通信模块，无线通信模块，USB 图像采集卡远程控制模块 CMOS 摄像头无线图传模块，USB 图像采集卡远程控制模块连在计算机上；其他的连在小车上组合图如图2.12所示：
图2.12视频遥控机器人
Fig 2.12 Video remote control robot
2.6 智能小车软件系统
小车的软件系统可以分为两个部分，上位机，和下位机两个部分，上位机主要是用微软公司的VC++6.0编译系统[6]，下位机则是用ADS开发系统，上位机主要对采集回来的图像进行处理，下位机则控制小车的运动，流程如下图2.13 所示
VC++6.0开发系统
图片采集处理程序
ADS开发系统
小车运动控制程序
点击开始打开小车开关
JTAG仿真器下载到目标
板的ARM中
PC上进行运行车标志识别图