圖像采集與處理在智能車系統中的應用

　　2.2 解碼芯片SAA7111

　　SAA7111是前飛利浦公司一款增強型視頻輸入處理器芯片，常應用在嵌入式視頻應用的高度集成的電路中。工作時，模擬視頻圖像從SAA7111的4個輸入端口中的一個端口輸入，經模擬處理后，一路通過緩沖器從模擬輸出端(AOUT)輸出用于監視，另一路經A/D后產生數字色度信號、亮度信號，分別進行亮度信號處理、色度信號處理。亮度信號處理的結果，一路送到色度信號處理器進行綜合處理，產生Y、U、V信號，經格式化后從VPO輸出，輸出的信號格式有422YUV或CCIR-656(8位)等;另一路進入同步分離器，經數字PLL，產生相應的行、場同步信號HS、VS及像素時鐘信號LLC和LLC2等信號，這些信號是實現視頻數據采集的依據，圖像數據采集同步信號時序如圖4所示。　　

　　2.3 圖像數據存儲

　　SAA7111輸出的每幀圖像大小可設為720*286，其數據量相對于單片機的處理速度來說是比較大的，較為理想的圖像大小是18*45，壓縮后的數據量僅為原始圖像的0.394%。為了使圖像的數據得到有效壓縮，可以采用將圖像的數字信號存入FIFO中，經過一定的分頻處理后便能壓縮圖像大小，系統所采用的FIFO芯片是AL422B。

　　為了實現圖像數字信號的分頻處理，可以分為兩種實現方式，其一是軟件分頻，另一種是硬件分頻。對于軟件分頻來說，系統不需要額外的分頻電路，而是單片機利用解碼芯片SAA7111輸出的控制信號，對讀時鐘進行分頻后再執行實際的讀操作，這種方式的缺點是分頻工作需要占用單片機資源，影響系統的實時性等性能;對于硬件分頻來說，需要加入專門的分頻處理電路，在不需要單片機控制的條件下實現圖像的壓縮，從而在根本上減少了單片機處理的數據量并縮短讀取圖像的時間。因此該系統采用了硬件分頻的方式，具體信號的分頻模式如圖5所示，CREF代表像素時鐘，分頻后得到的是AL422B的寫時鐘WCK，HREF代表行參考信號，分頻后得到的信號作為AL422B的寫允許信號。　　

　　3. 圖像去噪與特征提取

　　3.1 圖像二值化

　　圖像二值化是數字圖像處理技術中的一項基本技術，該系統中由于賽道是由黑色和白色兩種顏色組成的，并且背景顏色基本也是白色的，系統的任務是識別出黑色的引跑線位置，由于其圖像的干擾并不是很強，因此可以采用二值化的技術作為系統的圖像預處理。經過二值化處理將原來白色的像素點用0表示，而黑色像素點用1表示。圖像二值化技術的關鍵在于如何選取閾值通常來說，常用的方法包括有全局閾值法，局部閾值法及動態閾值法[3]。由于賽道現場光線是比較均勻，而且賽道周圍的底色基本上都是白色的，所以在該系統設計中采用全局閾值法，可達到算法簡單，執行效率高的效果。

　　3.2 二值化閥值選取

　　在對賽道環境的分析中，我們可以發現黑線部分的亮度是相對比較固定的，其波動的范圍非常小，小于20(亮度值最大為255)，而白色底板的亮度值變化相對較大一些，但仍能保證其與黑線的亮度值有較大的梯度。因此，可以采用直方圖統計法來對其閥值進行自動設定，具體方法如下。

　　首先存儲一幅原始圖像的所有數據，然后對整幅圖像的第一像素點進行統計，最終把第個亮度值所對應的像素點個數統計出來，結果將出現一個雙波峰形圖，如圖6所示。這將能較直接地比較出亮度值集中的區域，以兩個波峰的中心位置所在的中點值作為該賽道的二值化閥值。該算法計算的精度較高，能夠找到理想的一個閥值點，雖然它執行的時間較長，但是這只是在賽車未起跑前進行的初始化運算，對賽車起跑后的速度完全沒有影響，因此該方案是可以采用的。