數(shù)字形態(tài)學(xué)濾波器與智能車路徑記憶

　　數(shù)學(xué)形態(tài)濾波的快速算法

　　由于數(shù)學(xué)形態(tài)濾波器只由加法、減法和比較運算構(gòu)成，其運算相對簡單，因此，它很適合于在計算功能相對較弱的單片機上應(yīng)用并能取得很好的效果。以往單片機由于受存儲容量、計算速度及字長的限制而使大多數(shù)的數(shù)字濾波器較難實現(xiàn)，而形態(tài)濾波器則為單片機應(yīng)用數(shù)字濾波器代替以往的模擬濾波器提供了一條新的途徑。

　　為了進一步提高形態(tài)濾波器的處理速度，可采用文獻[5]給出的一種合并計算的方法。以開運算為例，開運算是由一個腐蝕運算后接著一個膨脹運算得到的。一般的方法是首先對一段數(shù)據(jù)先進行腐蝕運算，然后，再回到這段數(shù)據(jù)的起始地址，重新進行膨脹運算，最后得到開運算的結(jié)果。本文提出了只對這段數(shù)據(jù)運算一遍，便可得到最后運算結(jié)果。下面簡要介紹一下它的實現(xiàn)方法。

　　由腐蝕的定義可知，欲計算f(n)的腐蝕值，需要知道該點前w(w為結(jié)構(gòu)元素的寬度)點的數(shù)據(jù);而要計算f(n)膨脹后的結(jié)果，則需要知道該點后w點的數(shù)據(jù)。由于運算是一個腐蝕運算接著一個膨脹運算后得到的，在長度為L的數(shù)據(jù)中只有從第w點到第(L-w+1)點，才可以得到開運算的結(jié)果。

　　如圖6所示，我們定義一個模板序列，該序列的長度和結(jié)構(gòu)元素的寬度相同。該模板的初始值由前w個點的腐蝕值組成。以第n點為例，沿該點向前的方向?qū)δ０逍蛄械闹颠M行膨脹運算，運算的結(jié)果即為該點的開運算的結(jié)果。同時，沿該點向后的方向繼續(xù)進行腐蝕運算，得到第(n+1)點的腐蝕值。將(n+1)點的腐蝕值作為模板序列的最后一個點，并將模板序列前(w-1)點順次向前移動一個位置。更新后的模板值即可用來做 (n+1)點的膨脹運算，得到在(n+1)點的開運算值。如此繼續(xù)下去，就可完成全部的開運算。在做閉運算也可采用類似的方法來提高計算的速度。

　　這樣，對長度為N的一段數(shù)據(jù)，用M個零作為其結(jié)構(gòu)元素進行處理時，當采用一般方法進行計算，需要進行2×M×N次的比較運算。而當采用快速算法時，能夠在比較最大值的同時得到最小值，減少(N-M+1)×M次比較運算，使程序的執(zhí)行速度提高了近一倍，而且，由于采用這種快速算法，可以實現(xiàn)路徑記憶信息的實時處理，很大程度上方便了第二圈控制策略的制定，因此，它使得形態(tài)濾波這種方法更加適合應(yīng)用于路徑信息的處理中。

　　實驗及結(jié)論

　　通過對不同傳感器方案(光電管和CCD)的智能車在不同賽道多次實驗發(fā)現(xiàn)，對于光電管方案和CCD方案的智能車，賽道記憶算法都能一定程度上提高第二圈速度。智能車采用形態(tài)學(xué)濾波算法處理賽道記憶數(shù)據(jù)后，不但行駛的穩(wěn)定性、準確性有了較大的提升，而且沒有大幅增加MCU的資源消耗，同時可以支持復(fù)雜的控制策略。上述方案具有很強的通用性，適用于不同傳感器方案、不同控制算法的智能車。