[發(fā)明專利]一種基于光學辨識碼的自動行駛智能小車及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810468124.0
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108664026B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉小勇;焦勇博
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G06K17/00;G06K7/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

1.一種基于光學辨識碼的自動行駛智能小車的控制方法，其特征在于：所述自動行駛智能小車包括設置在智能小車上的OID識別模塊（1）、核心板（2）、轉向模塊（3）、驅動模塊（4）和供電模塊（5）；其中，OID識別模塊（1）包含紅外線LED光源（6）和CMOS數(shù)字圖像傳感器（7），CMOS數(shù)字圖像傳感器（7）與紅外線LED光源（6）固定在智能小車的底部；核心板（2）與小車底盤固定，核心板（2）上設置有微控制單元，微控制單元與CMOS數(shù)字圖像傳感器（7）連接，并控制控制驅動模塊（4）和轉向模塊（3）；轉向模塊（3）設置在小車前輪處，用于對小車前輪進行方向控制；驅動模塊（4）設置在小車后輪處，用于對小車后輪進行速度控制；供電模塊（5）用于為智能小車供電；智能小車行駛在印刷有含碳的OID底碼的跑道上；

所述的跑道包括由上至下依次設置的四版彩色印刷層（8）、OID底碼印刷層（9）和紙張（10）；四版彩色印刷層（8）是由使用C、M、Y版油墨分別印刷C、M、Y版，用C、M、Y版油墨混合后的油墨印制K版形成；OID底碼印刷油墨層（9）是用含碳的油墨印制OID底碼形成；

微控制單元包括OID圖像預處理模塊、OID圖像識別模塊和控制器；

CMOS數(shù)字圖像傳感器（7），用于對采集的數(shù)字圖像進行預處理；

OID圖像識別模塊，用于將預處理后的數(shù)字圖像與OID底碼模板庫進行模板匹配，實現(xiàn)對OID底碼的識別；

控制器，用于根據(jù)識別結果，獲取車輛目前在跑道上的位置信息，并根據(jù)位置信息控制驅動模塊（4）、轉向模塊（3），實現(xiàn)智能小車在跑道上的自動行駛；

所述控制方法，包括以下步驟：

智能小車放置在跑道上，開始行駛；OID識別模塊（1）不斷掃描印制在跑道上的OID底碼，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到核心板（2），核心板（2）上的微控制單元對圖像數(shù)據(jù)進行預處理和圖像識別，獲知智能小車的位置信息，根據(jù)程序控制驅動模塊（4）和轉向模塊（3），智能小車實現(xiàn)自動行駛；

預處理步驟包括以下步驟：

首先，進行灰度操作：對于彩色的OID圖像而言，將彩色圖像轉變?yōu)檎加每臻g相對較小的灰度圖像；采用加權平均法進行灰度化處理，給R、G、B分量分別增加一個加權系數(shù)，然后求和；用到的灰度化公式如下：

其次，濾波去噪：采用中值濾波的方法消除數(shù)字圖像中的噪聲，將每一個像素點的灰度值設置為該像素點鄰域內的所有像素點灰度值的均值，中值濾波公式為：

為原圖中點得灰度值，S表示鄰域，表示濾波后處新的灰度值；

采用一個奇數(shù)大小的滑動窗口，對窗口內的灰度值進行排序，并用處于中間位置的像素灰度級來代替窗口中心原來的灰度級；

最后，邊緣檢測：檢查每個像素的領域并對灰度變化率進行量化，產生最大輸出值的邊緣模板方向表示該點邊緣的方向，如果所有方向上的邊緣模板接近于零，該點處沒有邊緣；如果所有方向上的邊緣模板輸出值近似相等，沒有可靠邊緣；

圖像識別步驟包括以下步驟：

將預處理后的數(shù)字圖像與OID底碼模板庫進行模板匹配，實現(xiàn)對OID底碼的識別，當發(fā)現(xiàn)模板庫中的某一OID碼與之相匹配時，則判斷此OID碼被成功識別，根據(jù)設定好的程序，核心板（2）控制驅動模塊（4）中電機的轉速和轉向模塊（3）中電機轉向的角度；

OID識別模塊（1）采用雙隊列結構存儲CMOS數(shù)字圖像傳感器（7）采集到的圖片，具體為：一個隊列用于臨時存儲采集到的OID碼圖像，從另一個隊列中取出待處理的OID圖像進行預處理和識別；當用于臨時存儲圖像的隊列滿時，OID碼圖像預處理與識別線程從中取得待處理的圖像；當隊列中的待處理圖像取完時，隊列為空，OID數(shù)字圖像采集線程向此隊列中插入采集到的圖像；

雙隊列結構存儲具體算法描述如下：

在OID數(shù)字圖像采集線程中：

（1.1）根據(jù)隊列指示變量copycount選擇隊列，值為0選擇隊列1，值為1選擇隊列2；向隊列中插入采集來的光纖圖像，操作指向下一個插入位置的變量：in_index=(in_index+1)%隊列長度；

（1.2）判斷變量in_index是否為0，不為0執(zhí)行第（1.1）步，否則先鎖住臨界區(qū)，改變隊列指示變量copycount的值：copycount=(copycount+1)%2，釋放臨界區(qū)；

（1.3）釋放信號量semaphoreFull，使其值增加1，表示有1個隊列的光纖圖像等待處理；

在OID碼圖像預處理與識別線程中：

（2.1）等待信號量semaphoreFull有值，當信號量semaphoreFull有值時，執(zhí)行第（2.2）步，信號量semaphoreFull的值減1，否則繼續(xù)等待；

（2.2）鎖住臨界區(qū)；

（2.3）根據(jù)隊列指示變量的值選擇待處理隊列，值為0選擇隊列2，值為1選擇隊列1；

（2.4）解鎖臨界區(qū)。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于光學辨識碼的自動行駛智能小車的控制方法，其特征在于：核心板（2）、驅動模塊（4）、轉向模塊（3）及供電模塊（5）之間通過排線連接。