CN110162034A - 一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统，属于自动控制和人工智能技术领域，由第一最小系统板，第二最小系统板，第一摄像头，第二摄像头，电机舵机，光电编码器测速模块组成。此方法包括寻光标和追踪两种运行模式：在寻光标模式下，第一最小系统板控制智能车原地转圈寻找光标同时根据第二最小系统板传递的障碍物信息进行避障，识别到光标后进入追踪模式，第一最小系统板根据光标位置信息及第二最小系统板传递的障碍物信息控制电机转速和舵机打角，实现目标追踪和主动避障。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统，该发明属于自动控制技术和人工智能技术领域。
背景技术
自动控制技术和人工智能技术广泛应用于各个领域，随着技术的发展智能机器人已经实现了从理论，引进到自主研发的转变，现有的智能机器人多为半智能化模式，在空间的移动上只能按照固定的轨迹运行且存在定位不准确的情况，工作效率低且难以适应复杂情况。
针对现有的问题本发明提出了一种智能车的目标追踪和避障方法，有效的解决了定位不准确的问题，突破了传统模式中固定轨道寻迹的模式，具有方向性好、灵活度高、误判率极低、等特点。
本发明为一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统提供了一套完备的智能车运行方法，通过双CPU协作，提高智能车工作效率和准确型，且成本低廉，可应用于仓库货物装卸和车库停车指引等。
发明内容
本发明属于自动控制和人工智能技术领域，提供一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统。
本发明通过以下技术方案实现：
1.一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统，由第一最小系统板(1)，第二最小系统板(2)，第一摄像头(3)，第二摄像头(4)，电机(5)，舵机(6)，光电编码器测速模块(7)组成；其特征在于：第一最小系统板(1)与第二最小系统板(2)之间通过串口通信，第一摄像头(3)将接收到的信号传输给第一最小系统板(1)后，第一最小系统板(1)判断有无目标并在发现目标后控制电机(5)和舵机(6)向目标行驶，光电编码器测速模块(7)测得电机转速后将信息传递回第一最小系统板(1)，从而实现闭环控制，第二摄像头(4)将接收到的信号传给第二最小系统板(2)，当第二最小系统板(2)判断出前方有障碍后立即将障碍信号传递给第一最小系统板(1)，进而决定最终的行进方向和速度大小。
进一步的，所述第一摄像头(3)和第二摄像头(4)采用MT9V034数字摄像头模块。
进一步的，所述光电编码器测速模块(7)为LQ_ECM15180305_SDZ 512线增量式编码器。
进一步的，所述方法包括寻光标和追踪两种运行模式
进一步的，在寻光标模式下，在避障的前提下实现寻找光标功能，由于第一摄像头(3)和第二摄像头(4)的镜头为180°广角镜头，所以存在识别不到光标的情况，在第一摄像头(3)识别不到光标时，智能车以一定直径转圈，同时第二摄像头(4)识别障碍并将数据传输给第二最小系统板(2)，第二摄像头(4)发现障碍后立即将信号传给第一最小系统板(1)进而控制电机(5)和舵机(6)转圈时绕过障碍物，从而在避障的前提下实现寻找光标的功能。
进一步的，在追踪模式下，第一最小系统板(1)根据第一摄像头(3)和第二摄像头(4)采集到的光标和障碍物信息以及光电编码器测速模块(7)回传的数据，规划最优路径，将第一摄像头(3)和数字第二摄像头(4)采集到的图像信息二值化，得到光标与障碍物位置坐标值，系统以智能车的中心为原点，确定光标和障碍物对于智能车的相对位置和相对位移，根据相对位置获得智能车行驶方向，第一最小系统板(1)给舵机(6)输入行驶方向信号确定舵机(6)打角，第一最小系统板(1)根据相对位移调节可驱动电机(5)电流，并根据光电编码器测速模块(7)回传的数据通过增量式PID算法控制智能车速度，实现智能车光标追踪和避障的功能。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统具有以下优势：
本设计具有方向性好、灵活度高、误判率极低、等特点，突破了传统模式中固定轨道寻迹的模式。
本发明在实现光标追踪与避障的同时，选择以用时最短为前提条件规划最优路径和实时速度，极大提高了效率，可应用于仓库货物装卸和车库停车指引等。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统的总体框图。
图2为本发明所述的一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，为一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统的总体结构框图，使用ST生产的STM32F407微控制器作为主控，MT9V034灰度数字摄像头、LQ_ECM15180305_SDZ 512线增量式编码器构成传感器电路，舵机和电机构成控制系统。
MT9V034摄像头具有高动态范围，在光照条件相差较大情况下仍可清晰成像，其曝光方式采用全局曝光，因此小车在高速运行过程时采集的图像不会有拖影，红外光具有响应。
如图2所示，在寻光标模式下，在避障的前提下实现寻找光标功能具体指，由于摄像头镜头为180°广角镜头，所以存在识别不到光标的情况，在摄像头1识别不到光标时，智能车以一定直径转圈，同时摄像头2识别障碍并将数据传输给STM32最小系统板1，STM32最小系统板1控制电机和舵机转圈时绕过障碍物，从而在避障的前提下实现寻找光标的功能。
光标的识别采用摄像头使用180度广角镜头，加上指定波长的窄带通滤光片和偏振片，减少反射光与其他干扰光影响。图像采集完成后对图像进行处理，首先进行灰度拉伸，增加对比度，计算图像灰度直方图，根据直方图选取合适的阈值进行二值化，然后使用拉普拉斯算子对图像进行边缘提取，判断轮廓，从而对光标进行识别及定位。
智能车采用STM32F407芯片，其主频为168MHz，带有数字摄像头接口(DCMI)、模数转换器(ADC)、定时器等丰富的外设接口，有利于实现图像实时采集与处理。
在智能车靠近光标时采取避障策略防止碰撞，当信标的位置位于图像下部时，智能车自动根据光标的位置制定一条偏移光标的轨迹，其轨迹与光标所在图像上的行数有关，为一条二次曲线，可根据不同的车型和PID参数修改该曲线，使智能车及时避开光标。
智能车的期望速度根据智能车与光标的实际距离分段处理，光标在远处，即光标中心点在图像上部某行时，固定最高速度，反之则根据光标中心点行数的增加，速度减小，使得在保证智能车不偏离预定轨迹的情况下，所需的时间最短。
增量式PID算法实现电机闭环控制，在智能车运行过程中可将实时的速度与期望速度发送到电脑上位机查看实时速度对期望速度的跟随情况，整定PID参数，使智能车速度控制得到理想的效果。
Claims (2)
1.一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统，由第一最小系统板（1），第二最小系统板（2），第一摄像头（3），第二摄像头（4），电机（5），舵机（6），光电编码器测速模块（7）组成；其特征在于：在寻光标模式下，在避障的前提下实现寻找光标功能，第一摄像头（3）和第二摄像头（4）的镜头为180°广角镜头，在第一摄像头（3）识别不到光标时，智能车以一定直径转圈，同时第二摄像头（4）识别障碍并将数据传输给第二最小系统板（2），第二摄像头发现障碍后将信号传给第一最小系统板（1）进而控制电机（5）和舵机（6）转圈时绕过障碍物，从而在避障的前提下实现寻找光标的功能；在追踪模式下，第一最小系统板（1）根据第一摄像头（3）和第二摄像头（4）采集到的光标和障碍物信息以及光电编码器测速模块（7）回传的数据，规划最优路径，将第一摄像头（3）和第二摄像头（4）采集到的图像信息二值化，得到光标与障碍物位置坐标值，系统以智能车的中心为原点，确定光标和障碍物对于智能车的相对位置和相对位移，根据相对位置获得智能车行驶方向，第一最小系统板（1）给舵机（6）输入行驶方向信号确定舵机（6）打角，第一最小系统板（1）根据相对位移调节可驱动电机（5）电流，并根据光电编码器测速模块（7）回传的数据通过增量式PID算法控制智能车速度，实现智能车光标追踪和避障的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能车目标追踪和主动避障系统，其特征在于：所述第一摄像头（3）和第二摄像头（4）采用MT9V034数字摄像头模块。
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