第十六屆全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)比賽是我大學(xué)參加的第一個(gè)有意義的比賽，讓我在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室SCA打開(kāi)了進(jìn)入大學(xué)的大門(mén)，無(wú)數(shù)次的包夜和學(xué)習(xí)讓我靜下了心，很榮幸參加過(guò)這樣一次的競(jìng)賽，收獲頗豐。簡(jiǎn)單的做一個(gè)總結(jié)，算是畫(huà)上大二一學(xué)年的句號(hào)，希望對(duì)你們有幫助。

本文僅自己看法，并不是權(quán)威結(jié)論。若有錯(cuò)誤或不足之處，還請(qǐng)多多包涵。

攝像頭算法控制我分為二類(lèi)：圖像處理和車(chē)體控制

第一類(lèi)：圖像處理

1.1 攝像頭如何使用（小白篇）?

我比賽用的總鉆風(fēng)130°攝像頭，拿到攝像頭后，使用例程可以在IPS屏幕上看到一個(gè)灰度圖像（原始圖像）。這個(gè)原始圖像我們一般都要進(jìn)行處理，也可以不處理。我來(lái)介紹一下常用的三種處理方法.（1）圖像二值化。（2）圖像灰度。（3）邊緣檢測(cè)算法。

我用的是簡(jiǎn)單好用的圖像二值化，所以我拿二值化進(jìn)行講解。我先簡(jiǎn)單介紹一下二值化圖像，在原始圖像的基礎(chǔ)上，把他分為黑和白（即賽道是白，其它是黑）。

灰度圖像有256個(gè)像素點(diǎn) 即0-255。0-255是什么意思，個(gè)人理解即顏色的深淺。0是黑，255是白。0-255是介于黑至白之間。對(duì)于一個(gè)灰度圖像中，圖像中每一個(gè)點(diǎn)都是在0-255之間，每一個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)值.受光照影響，不同位置，不同時(shí)間，不同關(guān)照，每一個(gè)點(diǎn)的值都會(huì)不同。

所以我們要對(duì)這個(gè)值進(jìn)行區(qū)分黑白，要進(jìn)行處理。處理的方法就是：大津法（還有其他方法不唯一，大津法用的人比較多）

大津法就是對(duì)你的灰度圖像進(jìn)行處理后得到一個(gè)閾值。輸入進(jìn)去一個(gè)二位數(shù)組圖像，然后會(huì)返回給你一個(gè)閾值，然后你就用這個(gè)閾值進(jìn)行二值化（即大于閾值為白（黑），小于閾值為黑（白）。即你就可以得到一個(gè)二值化圖像。

1.2 掃線

關(guān)于攝像頭循跡，一般都是按照獲取賽道中線，根據(jù)賽道中線來(lái)進(jìn)行循跡的。如何獲得賽道中線，我來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下。在2.1中我們知道中線是按照左右邊線獲得的，而左右邊線我們則需要在圖像中進(jìn)行處理獲得，這個(gè)過(guò)程就是掃線。

在二值化圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行掃線處理，以圖像60行120列為例，從上到下為0-60行，我們?nèi)〉?0行中點(diǎn)（圖像下面相比上面較穩(wěn)定，所以我們從下面開(kāi)始），也就第60行第60列為起始點(diǎn)往兩邊進(jìn)行掃線。

一般來(lái)說(shuō)，我們的車(chē)是放在賽道中間，即起始點(diǎn)為白點(diǎn)，然后我們往兩邊判斷一直到黑點(diǎn)，我們記錄下黑點(diǎn)坐標(biāo)放進(jìn)左右邊線的數(shù)組里，若沒(méi)有掃到黑點(diǎn)則記錄圖像數(shù)組邊界值放進(jìn)左右邊線數(shù)組里。

這樣每一行都這樣重復(fù)就可以獲取左右邊線數(shù)組。簡(jiǎn)單的掃線就這么結(jié)束了。（后面還會(huì)補(bǔ)充掃線進(jìn)階篇，你也可以根據(jù)簡(jiǎn)單的掃線，自己想一想代碼如何升級(jí)）

1.3 中線

我們是根據(jù)賽道中線進(jìn)行循跡，所以中線的處理也非常重要。

中線 = （左邊線+右邊線）/2?

中線 = 左邊線+X

中線 = 右邊線-X

X的值，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。

1.4?圖像的直道和彎道

所有元素處理過(guò)后都是直道和彎道，這部分的處理也決定了你車(chē)體速度的上限。不僅是你PID的調(diào)參還有你圖像的處理。

先說(shuō)簡(jiǎn)單的，根據(jù)中線的值來(lái)確定直道和彎道，在不同情況下，調(diào)用不同的PID參數(shù)。（等元素處理都寫(xiě)完，回來(lái)在寫(xiě)這個(gè)進(jìn)階篇）

1.5?元素處理

1.5.1 十字、環(huán)島、三岔路口

這三個(gè)元素我是同一個(gè)處理方法。三個(gè)問(wèn)題：

（1）拐點(diǎn)問(wèn)題（左右看看，上下看看）

所有拐點(diǎn)我都分為下拐點(diǎn)和上拐點(diǎn)。

下拐點(diǎn)：十字下面兩個(gè)拐點(diǎn)，環(huán)島入環(huán)和出環(huán)拐點(diǎn)，三叉下面兩個(gè)拐點(diǎn)

下拐點(diǎn)都是在邊線上，在一定范圍內(nèi)遍歷數(shù)組尋找最大值或最小值。

上拐點(diǎn)：十字上面兩個(gè)拐點(diǎn)，三叉路口上拐點(diǎn)。

上拐點(diǎn)（抽象講解）圖像數(shù)組 范圍內(nèi) 從左到右，從下往上掃點(diǎn)（白變黑的跳變點(diǎn)），掃到把行坐標(biāo)放入一維數(shù)組內(nèi)，然后范圍內(nèi)搜索較大（小）值（一次就好）。

（2）補(bǔ)線問(wèn)題

兩點(diǎn)確定一條直線，確定斜率，就確定兩點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，然后讓這條直線上所有白點(diǎn)變成黑點(diǎn)，在重新掃線，就可以了。（說(shuō)著其實(shí)都很簡(jiǎn)單，其實(shí)也不難，自己多動(dòng)動(dòng)手0.0）

（3）狀態(tài)問(wèn)題

1）十字

這是即將進(jìn)入十字的布線狀態(tài)，在看到兩邊丟線且中間大量空白時(shí)，進(jìn)入十字狀態(tài)，然后開(kāi)始算出上下四個(gè)拐點(diǎn)，上拐點(diǎn)連接下拐點(diǎn)就可以如圖所示了。

不管你是即將進(jìn)入十字還是十字中，還是即將出十字，都需要這么一個(gè)補(bǔ)線狀態(tài)，所以，我們用簡(jiǎn)單的if來(lái)控制十字狀態(tài)。

當(dāng)下拐點(diǎn)消失時(shí)，我們固定下拐點(diǎn)值，直接連接上拐點(diǎn)。我簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)一下我的代碼怎么寫(xiě)的。

if( 左邊線丟線&右邊線丟線） ? （條件判斷的有點(diǎn)粗糙，后面詳細(xì)說(shuō)一下） ? ? 
{ ? ?
 if(中間大量白點(diǎn)） ? ? 
 ?{ ? ?
 ? 進(jìn)入十字標(biāo)志 ? 
 ?} ? ? ? 
}
if( 進(jìn)入十字標(biāo)志） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
{ ? 
 ? 搜索左上拐點(diǎn)（沒(méi)搜到給定值） ? ? ? 搜索左下拐點(diǎn) ?（沒(méi)搜到給定值） ? 連接左上和左下兩拐點(diǎn) ? ?
 
 ? 搜索右上拐點(diǎn)（沒(méi)搜到給定值） ? ? ? 搜索右下拐點(diǎn) ?（沒(méi)搜到給定值） ? 連接右上和右下兩拐點(diǎn) ? ? 
 
 ? if(兩邊不丟線，結(jié)束十字標(biāo)志)
 ? { ?
 
 ? } ? ? ? ? 
} ? ? ?

2）環(huán)島?

?

?

環(huán)島的補(bǔ)線差不多就4個(gè)狀態(tài)（還有一個(gè)出環(huán)切內(nèi)的補(bǔ)線）但是我分為7個(gè)狀態(tài)。用的switch語(yǔ)句來(lái)控制個(gè)個(gè)狀態(tài)，一但進(jìn)入環(huán)島第一個(gè)狀態(tài)后面，在環(huán)島結(jié)束前都不會(huì)誤判，非常好用。

if(左邊丟線 || 右邊丟線) ?// ?進(jìn)入元素識(shí)別狀態(tài)
{
 
 ?左環(huán)島判斷
 ?if(左邊丟線||右邊不丟線) ?// 可能是環(huán)島或者彎道或者車(chē)庫(kù)
 ?{
 ? ?if(右邊邊線是條直線) ?// 排除彎道
 ? ?{
 
 ? ? ?給予左環(huán)島標(biāo)志；
 ? ? ?進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)1；
 ? ?}
 ?}
 
roadabout_dispose(); ?//環(huán)島處理函數(shù)
}
 
roadabout_dispose()
{
 if(左環(huán)島標(biāo)志位)
 {
 ?switch(左環(huán)島狀態(tài))
 ? {
 ? ? case 1:
 ? ? ? ?if(左邊即將不丟線) ? ? ? 
 ? ? ? ? { ? ? ? ? ? 
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)2；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 2:
 ? ? ? ?if(左下邊為圓環(huán))
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)3；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 3:
 ? ? ? ?if(左邊第二次丟線，找拐點(diǎn)補(bǔ)線進(jìn)入環(huán)島)
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)4；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 4:
 ? ? ? ?if(進(jìn)入環(huán)島，環(huán)島內(nèi))
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)5；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 5:
 ? ? ? ?if(即將出環(huán)島，找拐點(diǎn)補(bǔ)線出環(huán)島)
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)6；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 6:
 ? ? ? ?if(右邊即將不丟線，車(chē)身擺正)
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)7；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 7:
 ? ? ? ?if(左邊即將不丟線)
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 進(jìn)入左環(huán)島狀態(tài)8；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? ? case 8:
 ? ? ? ?if(完全出環(huán)島)
 ? ? ? ? {
 ? ? ? ? ? 清除左環(huán)島狀態(tài)；
 ? ? ? ? ? 清除左環(huán)島標(biāo)志位；
 ? ? ? ? }
 ? ? break;
 
 ? }
 ? ?
 ?if(左環(huán)島狀態(tài)1||左環(huán)島狀態(tài)2)
 ?{
 ? 找到左下拐點(diǎn)；
 ? 找到左上拐點(diǎn)；
 ? 補(bǔ)線；
 ?}
 
 
 ?if(左環(huán)島狀態(tài)4)
 ?{
 ? 找到左上拐點(diǎn)；
 ? 定點(diǎn)補(bǔ)線；
 ?}
 
 ?if(左環(huán)島狀態(tài)6)
 ?{
 ? 找到右下拐點(diǎn)；
 ? 定點(diǎn)補(bǔ)線；
 ?}
 
 ?if(左環(huán)島狀態(tài)7)
 ?{
 ? 定點(diǎn)補(bǔ)線切內(nèi)環(huán)；
 ?}
 
 ?if(左環(huán)島狀態(tài)8)
 ?{
 ? 左邊定點(diǎn)補(bǔ)線，防抖；
 ?}
 
 }
}

3)三岔路口

作為十六屆的新元素，起初覺(jué)得很簡(jiǎn)單，拉一條線就能過(guò)，后來(lái)錯(cuò)了，其實(shí)很有講究和難度，并未有想象出來(lái)那么簡(jiǎn)單，衍生出來(lái)很多難搞的問(wèn)題，要仔細(xì)對(duì)待。三岔路口最好的特征點(diǎn)，就是兩個(gè)Y拐點(diǎn)和一個(gè)V拐點(diǎn)。

在你看到三岔路口時(shí)，并沒(méi)有丟線狀態(tài)，所以你在直道上就要判斷Y拐點(diǎn)是否存在。有時(shí)三岔接彎道時(shí)，車(chē)體無(wú)法“完全”正 ，肉眼可能覺(jué)得車(chē)體正的（但是我們稱這種為斜入）只能看到一個(gè)Y拐點(diǎn)。

所以三岔路口要分為正入，左斜，右斜，三種判斷。簡(jiǎn)單說(shuō)一下怎么寫(xiě)的三岔，因?yàn)槿砺房谖覍?xiě)的不是很好，2.8以上會(huì)誤判不是很好。

if(中間上面出現(xiàn)黑點(diǎn)）
{
 判斷Y拐點(diǎn)是否存在；
 2個(gè)Y拐點(diǎn)為正入；
 左邊存在為左斜；
 右邊存在為右斜；
 判斷V拐點(diǎn)是否存在；
 V拐點(diǎn)存在或Y拐點(diǎn)存在進(jìn)入三岔路口標(biāo)志位1；
 進(jìn)入三岔路口狀態(tài)1；
}
然后根據(jù)3種情況和狀態(tài) 進(jìn)入下一階段和拐點(diǎn)補(bǔ)線操作。
可以模仿環(huán)島偽代碼來(lái)寫(xiě)。
僅供參考。

借鑒一下思路即可。

1.5.2 坡道

坡道個(gè)人建議用紅外測(cè)距，還是比較準(zhǔn)的。即簡(jiǎn)單也準(zhǔn)確。

1.5.3 車(chē)庫(kù)

https://blog.csdn.net/qq_51679917/article/details/121874542

第二類(lèi)：車(chē)體控制

車(chē)體控制主要是舵機(jī)和電機(jī)以及配合圖像處理進(jìn)行循跡。俗話說(shuō)的好：圖像處理的好，開(kāi)環(huán)也能跑。說(shuō)到控制那不得不說(shuō)幾個(gè)環(huán)的事，簡(jiǎn)單說(shuō)一下最基本的兩個(gè)環(huán)（1）轉(zhuǎn)向環(huán) （2）速度環(huán)

2.1 轉(zhuǎn)向環(huán)

我用的是C車(chē)模，S3010舵機(jī)。轉(zhuǎn)向要能進(jìn)行左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，所以我們要在圖像上區(qū)分左和右。

例如：我的圖像是 60×120（ 60行，120列）我利用（左邊線+右邊線)/2=中線 這時(shí)候你就取一行或多行 賽道中線-圖像中線=error。得到error來(lái)區(qū)分左右，正常來(lái)說(shuō)你把車(chē)體放在賽道中間，error會(huì)是0。

車(chē)體往左邊偏為正，車(chē)體往右邊偏為負(fù)。（反之也可以）這樣我們就區(qū)分了左和右，車(chē)體就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)彎了。

但我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎可能過(guò)大或者過(guò)小，沒(méi)法理想的轉(zhuǎn)彎，這時(shí)候我們要用PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，新手建議位置式PID（非常夠用）。

個(gè)人建議起步用位置式PID中的純P調(diào)節(jié)。調(diào)到2米時(shí)用PD調(diào)節(jié)，跳到2米8時(shí)換模糊PID。

這時(shí)候你把error放入位置式PID中，Ki和Kd給0，調(diào)節(jié)Kp，輸出Steer。然后用舵機(jī)中值加減Steer得到的控制值來(lái)控制舵機(jī)靈敏的轉(zhuǎn)向。

這樣舵機(jī)就可以根據(jù)在賽道的不同位置來(lái)進(jìn)行靈活的轉(zhuǎn)向了，這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向環(huán)。

編輯：黃飛

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