图像采集与处理在智能车系统中的应用

　　2.2 解码芯片SAA7111

　　SAA7111是前飞利浦公司一款增强型视频输入处理器芯片，常应用在嵌入式视频应用的高度集成的电路中。工作时，模拟视频图像从SAA7111的4个输入端口中的一个端口输入，经模拟处理后，一路通过缓冲器从模拟输出端(AOUT)输出用于监视，另一路经A/D后产生数字色度信号、亮度信号，分别进行亮度信号处理、色度信号处理。亮度信号处理的结果，一路送到色度信号处理器进行综合处理，产生Y、U、V信号，经格式化后从VPO输出，输出的信号格式有422YUV或CCIR-656(8位)等;另一路进入同步分离器，经数字PLL，产生相应的行、场同步信号HS、VS及像素时钟信号LLC和LLC2等信号，这些信号是实现视频数据采集的依据，图像数据采集同步信号时序如图4所示。　　

　　2.3 图像数据存储

　　SAA7111输出的每帧图像大小可设为720*286，其数据量相对于单片机的处理速度来说是比较大的，较为理想的图像大小是18*45，压缩后的数据量仅为原始图像的0.394%。为了使图像的数据得到有效压缩，可以采用将图像的数字信号存入FIFO中，经过一定的分频处理后便能压缩图像大小，系统所采用的FIFO芯片是AL422B。

　　为了实现图像数字信号的分频处理，可以分为两种实现方式，其一是软件分频，另一种是硬件分频。对于软件分频来说，系统不需要额外的分频电路，而是单片机利用解码芯片SAA7111输出的控制信号，对读时钟进行分频后再执行实际的读操作，这种方式的缺点是分频工作需要占用单片机资源，影响系统的实时性等性能;对于硬件分频来说，需要加入专门的分频处理电路，在不需要单片机控制的条件下实现图像的压缩，从而在根本上减少了单片机处理的数据量并缩短读取图像的时间。因此该系统采用了硬件分频的方式，具体信号的分频模式如图5所示，CREF代表像素时钟，分频后得到的是AL422B的写时钟WCK，HREF代表行参考信号，分频后得到的信号作为AL422B的写允许信号。　　

　　3. 图像去噪与特征提取

　　3.1 图像二值化

　　图像二值化是数字图像处理技术中的一项基本技术，该系统中由于赛道是由黑色和白色两种颜色组成的，并且背景颜色基本也是白色的，系统的任务是识别出黑色的引跑线位置，由于其图像的干扰并不是很强，因此可以采用二值化的技术作为系统的图像预处理。经过二值化处理将原来白色的像素点用0表示，而黑色像素点用1表示。图像二值化技术的关键在于如何选取阈值通常来说，常用的方法包括有全局阈值法，局部阈值法及动态阈值法[3]。由于赛道现场光线是比较均匀，而且赛道周围的底色基本上都是白色的，所以在该系统设计中采用全局阈值法，可达到算法简单，执行效率高的效果。

　　3.2 二值化阀值选取

　　在对赛道环境的分析中，我们可以发现黑线部分的亮度是相对比较固定的，其波动的范围非常小，小于20(亮度值最大为255)，而白色底板的亮度值变化相对较大一些，但仍能保证其与黑线的亮度值有较大的梯度。因此，可以采用直方图统计法来对其阀值进行自动设定，具体方法如下。

　　首先存储一幅原始图像的所有数据，然后对整幅图像的第一像素点进行统计，最终把第个亮度值所对应的像素点个数统计出来，结果将出现一个双波峰形图，如图6所示。这将能较直接地比较出亮度值集中的区域，以两个波峰的中心位置所在的中点值作为该赛道的二值化阀值。该算法计算的精度较高，能够找到理想的一个阀值点，虽然它执行的时间较长，但是这只是在赛车未起跑前进行的初始化运算，对赛车起跑后的速度完全没有影响，因此该方案是可以采用的。