基于单目视觉的智能小车障碍物检测研究

论文摘要

本文主要对基于单目视觉系统的智能小车在其运行环境中障碍物的检测进行了研究，内容涉及障碍物检测方法、系统硬件设计和软件设计。根据智能小车行驶环境的需要，利用CMOS图像传感器作为环境感知的单目视觉元件，实时的检测小车前方道路是否存在障碍物，如果确实存在障碍物，则采取相应的避障策略，使小车在行驶过程中不会与障碍物发生碰撞，从而保证小车自身的安全。通过查阅大量与本文研究相关的文献资料，了解国内外智能车的研究现状及存在的问题。学习和借鉴了前人的研究经验和技术，并对一些技术上存在的不足做出改进。设计智能小车硬件电路系统，为障碍物检测研究搭建实验平台。在广泛阅读和深入研究障碍物检测方法的基础上，提出一种采用CMOS图像传感器的基于逆透视投影变换的障碍物检测法。根据硬件电路的组成和障碍物检测方法，编写了系统软件程序，使硬件系统与障碍物识别充分结合起来，实现障碍物检测、避障的功能，保证小车安全稳定的行驶。在电路设计方面，为使小车车体电路布局紧凑，稳定可靠，采用了电路模块化、集成化的电路设计原则。充分发挥模块化具有的扩展性好、维护性好和集成化具有的元件密度高的特点。设计以MC9S12XS128为核心的控制决策电路，OV6620的图像采集电路，MC33886和场效应管搭建的电机驱动电路，光电开关和光栅码盘构成的电机测速电路，及为控制芯片、图像传感器、电机、舵机供电的电源电路、用于系统调试的串口电路和BDM接口电路。在障碍物检测方面，为了便于分析和解决障碍物识别的问题，首先建立了坐标系模型；同时为了消除在进行逆透视投影变换时，环境对投影点坐标的影响，又对图像坐标系进行了旋转补偿。有了坐标系模型和坐标系旋转补偿作为分析的基础，通过基于路面特征点的运动参数计算方法获得图像传感器的光心位移，通过角点检测和逆投影变换获得路面投影点的位移，再利用光心位移和路面投影点位移的关系，就可以判断出是否有障碍物的存在，从而实现检测障碍物的目的。通过对智能小车的实际运行和测试，运行结果表明了本文提出的障碍物检测方法的有效性，基本达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容和章节安排
• 第二章 智能小车系统硬件电路设计
• 2.1 智能小车硬件系统结构
• 2.2 控制最小系统电路设计
• 2.3 电源电路设计
• 2.4 电机驱动电路设计
• 2.5 电机测速电路设计
• 2.6 舵机模块
• 2.7 图像传感器模块
• 2.7.1 摄像头的选择
• 2.7.2 图像传感器模块接口电路设计
• 2.8 上位机接口部分
• 2.8.1 串口电路
• 2.8.2 BDM 接口电路
• 2.9 本章内容小结
• 第三章 基于逆投影变换的障碍物检测
• 3.1 坐标系建立
• 3.2 图像坐标系的旋转补偿
• 3.3 角点检测
• 3.4 图像传感器的运动参数计算
• 3.5 特征点投影位移与光心位移的关系分析
• 3.6 逆透视投影变换求解
• 3.7 本章内容小结
• 第四章 智能小车系统软件设计
• 4.1 智能小车系统软件开发环境介绍
• 4.2 系统软件结构
• 4.3 驱动电机控制
• 4.3.1 常规 PID 控制算法简介
• 4.3.2 驱动电机的 PD 控制结构设计
• 4.4 舵机控制
• 4.5 速度检测
• 4.6 图像采集
• 4.7 图像预处理
• 4.7.1 二值化
• 4.7.2 边缘检测
• 4.8 角点检测
• 4.9 障碍物检测
• 4.10 本章内容小结
• 第五章 智能小车系统调试
• 5.1 硬件开发平台
• 5.2 主要模块调试过程
• 5.3 本章内容小结
• 第六章 结论
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢