一，

基 于 光 电 传 感 阵 列 和 摄 像 头 的 寻 线 控 制 算 法 关 军 ( 上 海 交 通 大 学 机 器 人 研 究 所 上 海 200240) 文 摘 本 文, 研 究 分 析 了 分 别 基 于 光 电 传 感 器 阵 列 和 摄 像 头 的 寻 线 控 制 方 案, 通 过 评 估 比 较 两 种 方 案 各 自 具 有 的 优 势 与 不 足, 设 计 了 一 种 基 于 两 种 传 感 器 融 合 使 用 的 寻 线 控 制 算 法 摄 像 头 和 光 电 传 感 阵 列 的 混 和 使 用, 充 分 发 挥 了 摄 像 头 探 测 距 离 远, 光 电 管 信 号 可 靠 的 特 点, 有 效 解 决 了 摄 像 头 在 弯 道 行 驶 中 丢 失 黑 线 的 问 题 实 践 表 明, 该 控 制 算 法 改 善 了 赛 车 弯 道 行 驶 性 能, 提 高 了 赛 车 寻 线 的 可 靠 性 关 键 词 : 摄 像 头 ; 光 电 传 感 器 ; 寻 线 控 制 ; 弯 道 识 别 A line-tracking control algorithm based on photoelectric sensor array and camera Guan Jun (Research Institute of Robotics, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China) Abstract: In paper, we make a study on line-tracking control schemes based respectively on photoelectric sensor array and camera. Realizing that both schemes have their own advantages and disadvantages, we have designed a line-tracking control method which combines these two kinds of sensors. The use of camera and photoelectric sensor array together is able to make full advantage of the feature that camera could detect comparatively more distant and that photoelectric signal is more reliable, thus effectively solve the problem that the camera will miss the black line when turning. Experiments show that such method can improve the 1

performance of the vehicle when turning as well as the reliability of tracking. Key Word: Camera; Photoelectric sensor; Line-tracking control; Curve detecting 寻 线 传 感 器 的 选 择, 是 此 次 智 能 车 竞 赛 需 要 首 先 考 虑 的 问 题 不 同 的 寻 线 传 感 器, 意 味 着 完 全 不 同 的 比 赛 策 略 与 车 辆 控 制 算 法, 在 电 路 设 计 机 械 结 构 安 装 以 及 软 件 程 序 上 体 现 完 全 不 同 的 取 向 根 据 韩 国 之 前 的 比 赛 经 验, 考 虑 到 车 模 比 较 小, 单 片 机 处 理 速 度 不 高, 多 数 参 赛 队 伍 选 用 红 外 光 电 传 感 器 阵 列 作 为 主 要 的 寻 线 传 感 器 红 外 光 电 传 感 器 是 利 用 红 外 光 在 黑 色 和 白 色 的 反 射 率 相 差 大 的 特 性, 识 别 黑 线 其 电 路 设 计 简 单, 设 备 成 本 低, 判 断 黑 线 快 速 准 确, 只 需 一 路 普 通 I/O, 即 可 捕 获 黑 线 采 用 单 排 或 者 双 排 的 光 电 传 感 阵 列, 获 取 前 方 赛 道 信 息, 控 制 车 体 运 动, 完 成 比 赛 光 电 传 感 器 稳 定 可 靠, 但 是 检 测 距 离 近, 限 制 了 车 辆 控 制 算 法 的 预 判 性 因 此, 很 多 队 伍 采 用 摄 像 头 作 为 寻 线 传 感 器 其 弥 补 了 光 电 传 感 器 探 测 距 离 短 的 缺 点 视 频 采 集 点 多, 可 以 获 取 丰 富 的 赛 道 信 息, 识 别 各 种 赛 道 情 况, 便 于 车 体 控 制 作 者 在 第 一 届 全 国 智 能 车 比 赛 准 备 阶 段, 分 别 采 用 了 光 电 方 案 和 CMOS 单 板 摄 像 头 作 为 寻 线 传 感 器, 获 取 了 很 多 实 际 调 试 经 验 与 测 试 数 据, 对 两 种 传 感 器 方 案 有 了 很 深 的 了 解 因 此, 作 者 设 计 了 一 套 两 种 传 感 器 并 存 的 方 案, 通 过 对 两 种 传 感 器 进 行 数 据 融 合, 互 相 弥 补 各 自 方 案 的 缺 点 不 足, 提 高 了 赛 车 运 行 的 可 靠 性, 提 高 了 赛 车 寻 线 速 度 1. 光 电 传 感 阵 列 方 案 的 实 现 1.1 硬 件 设 计 2

我 们 选 用 了 一 对 普 通 的 红 外 光 电 管, 发 射 管 为 IR333C-H0, 接 收 管 为 PT334-6B, 搭 建 普 通 的 分 压 电 路 图 1 简 单 分 压 电 路 原 理 图 经 过 测 试, 在 黑 色 区 域 上 得 到 的 电 压 值 为 0.710V, 白 色 区 域 得 到 的 电 压 值 为 4.776V, 符 合 s12 单 片 机 对 高 低 电 平 的 要 求, 可 以 将 这 路 信 号 直 接 输 入 到 IO 上, 进 行 黑 白 区 域 识 别 最 终 采 用 单 排 光 电 管 方 案, 单 排 安 装 12 对 光 电 传 感 器, 输 入 单 片 机 12 路 IO 信 号 由 于 存 在 多 个 光 电 发 射 管, 多 路 红 外 光 线 相 互 之 间 干 扰 现 象 比 较 严 重 单 排 光 电 接 收 板 的 中 间 位 置, 由 于 红 外 光 很 强, 因 此 受 到 的 干 扰 最 大, 必 须 采 取 抗 干 扰 措 施, 将 多 于 的 红 外 光 屏 蔽 根 据 韩 国 比 赛 经 验, 选 用 普 通 的 热 缩 管, 套 在 接 收 管 头 上, 能 有 效 屏 蔽 多 余 红 外 光 这 种 结 构 安 装 简 单, 信 号 可 靠, 成 本 低 我 们 采 用 了 同 样 的 策 略, 通 过 控 制 热 缩 管 的 长 度, 保 证 每 对 光 电 管 接 收 到 正 确 的 信 息 1.2 控 制 算 法 实 现 将 单 排 光 电 管 安 装 在 车 前, 获 取 车 前 一 定 距 离 下 的 赛 道 信 息, 识 别 出 黑 线 位 于 哪 路 光 电 管 下, 就 可 以 得 到 黑 线 相 对 于 车 体 的 具 体 位 置 由 于 输 入 信 号 为 连 续 非 跳 变 的 黑 线, 因 此 输 入 信 号 不 存 在 跳 变 现 象, 因 此 首 先 采 用 简 单 的 P 控 制 算 法, 通 过 中 心 偏 移 量, 控 制 舵 机 转 角, 实 现 小 车 的 寻 线 运 动 经 过 实 际 调 试, 通 过 仔 细 调 整 P 参 数, 可 以 使 赛 车 在 直 道 行 驶 中 不 存 在 超 调 现 象, 同 时 在 低 速 情 况 下, 弯 道 行 驶 也 比 较 正 常, 黑 线 始 3

终 处 在 可 识 别 范 围 但 是, 一 旦 速 度 提 高, 由 于 光 电 传 感 器 检 测 距 离 比 较 短, 在 从 直 道 开 始 入 弯 的 一 瞬 间, 光 电 管 获 取 弯 道 信 息, 将 转 向 命 令 发 给 舵 机 由 于 舵 机 本 身 机 械 特 性, 其 在 空 载 是 响 应 时 间 为 18ms, 加 上 机 械 负 载, 舵 机 响 应 在 30ms 左 右 如 果 直 道 车 速 控 制 在 3m/s 的 情 况 下,40ms 的 响 应 延 时, 车 辆 会 在 行 走 了 9cm 后 才 对 转 向 作 出 响 应 同 时 由 于 是 初 期 入 弯 获 取 的 黑 线 位 置, 赛 道 偏 角 较 小, 发 送 的 转 向 命 令 不 够 充 分, 赛 车 依 然 会 以 很 小 的 角 度 开 始 入 弯 赛 车 本 身 宽 度 约 为 16cm, 车 体 中 心 距 离 最 外 侧 传 感 器 为 10cm, 因 此,10cm 距 离 的 延 时, 赛 车 已 经 冲 出 黑 线, 失 去 了 可 以 检 测 到 黑 线 的 位 置 1.3 小 结 光 电 传 感 器 可 以 准 确 快 速 获 取 赛 道 信 息, 用 其 做 舵 机 的 pid 控 制, 足 够 保 证 赛 车 不 发 生 超 调, 并 且 直 道 有 较 好 的 性 能 表 现 但 是, 由 于 光 电 传 感 器 预 判 距 离 短, 舵 机 自 身 机 械 响 应 慢, 因 此, 在 弯 道 表 现 上, 尤 其 是 入 弯 策 略, 存 在 明 显 的 不 足, 为 了 保 证 赛 车 准 确 入 弯, 必 须 牺 牲 直 道 速 度, 保 证 赛 车 已 一 个 足 够 可 靠 的 速 度 入 弯 行 驶, 限 制 了 赛 车 的 整 体 速 度 表 现 如 果 要 在 舵 机 不 改 变 的 情 况 下, 继 续 提 高 赛 车 单 圈 速 度, 必 须 提 前 获 取 入 弯 信 息, 提 前 向 舵 机 发 送 转 向 命 令, 从 而 将 机 械 响 应 延 时 消 除 而 这 一 点, 是 光 电 传 感 器 永 远 都 无 法 实 现 的, 经 过 实 际 测 试, 光 电 传 感 器 通 过 倾 斜, 脉 冲 方 式 工 作, 加 大 发 光 强 度, 增 加 热 缩 管 长 度 等 各 种 手 段 提 高 光 电 传 感 器 的 检 测 距 离, 最 终 试 验 结 果, 在 现 有 光 电 传 感 器 的 基 础 上, 最 远 探 测 距 离 为 车 前 10cm 如 果 将 光 电 管 安 装 位 置 前 伸, 探 测 距 离 虽 然 加 长, 但 是 同 时 导 致 舵 机 负 载 明 显 增 大, 使 其 机 械 响 应 性 能 变 得 更 加 恶 劣 因 此, 开 始 尝 试 采 用 摄 像 头 作 为 寻 线 传 感 器, 来 加 大 检 测 距 离 4

2. 摄 像 头 方 案 的 实 现 2.1 摄 像 头 选 型 及 电 路 设 计 通 过 单 片 机 片 内 AD, 对 摄 像 头 视 频 信 号 进 行 采 集 基 于 以 下 几 点 原 因 决 定 选 用 低 象 素, 低 分 辨 率 的 黑 白 单 板 CMOS 摄 像 头 作 为 首 选 的 传 感 器 单 片 机 AD 采 集 频 率 限 制 ; 赛 道 信 息 相 对 简 单, 黑 线 白 底, 只 需 提 取 黑 线 即 可 ; 一 帧 画 面, 尽 量 采 集 足 够 多 的 象 素 点, 获 取 丰 富 的 赛 道 信 息 最 终, 我 们 选 用 了 ov5116 为 采 集 芯 片 的 320 240 的 CMOS 黑 白 单 板 摄 像 头, 选 用 了 焦 距 为 3.6mm 的 镜 头 在 摄 像 头 采 集 得 到 的 视 频 信 号 中, 为 了 同 步 场 信 号 与 行 信 号, 需 要 将 是 视 频 信 号 中 的 场 同 步 与 行 同 步 信 号 分 离 出 来, 用 来 控 制 AD 采 集, 获 取 有 效 数 据 点 采 用 LM1881 视 频 同 步 信 号 分 离 芯 片, 来 分 离 场 同 步 与 行 同 步 信 号, 获 取 奇 偶 场 信 号 将 各 路 信 号 输 入 到 单 片 机 引 脚 中, 具 体 电 路 图 如 下 : 图 2 摄 像 头 电 路 接 线 图 5

2.2 基 于 单 片 机 的 AD 采 集 S12 单 片 机 的 片 内 AD 模 块, 在 不 超 频 的 情 况 下,AD 时 钟 为 2MHz, 通 过 寄 存 器 设 置,AD 采 集 一 个 点, 最 快 需 要 14 个 时 钟 周 期 而 摄 像 头 每 秒 50 帧, 一 共 320 行, 每 行 采 样 时 间 约 为 64us 经 过 计 算, 在 不 超 频 情 况 下, 每 行 最 多 采 样 8 个 点, 具 体 效 果 如 下 : 图 3 未 超 频 的 摄 像 头 采 集 效 果 图 因 此, 需 要 通 过 单 片 机 超 频 的 方 式, 提 高 视 频 采 集 性 能 通 过 对 PLL 的 配 置, 将 系 统 总 线 时 钟 提 高 到 32MHz,AD 采 集 时 钟 为 8MHz, 超 频 4 倍, 经 过 实 际 测 试, 单 行 采 集 点 数 增 大 到 51 个 有 效 点, 超 频 后 的 采 集 效 果 如 下 : 6

图 4 超 频 下 的 摄 像 头 采 集 效 果 图 这 副 图 像, 在 测 试 赛 道 的 一 个 弯 道 处 获 取, 经 过 超 频, 目 前 可 以 采 集 到 单 行 有 效 点 数 为 51 个 点, 获 取 到 40 51 的 视 频 图 像 从 图 像 中 可 以 看 到, 黑 线 从 车 前 延 伸 到 弯 道 尽 头, 较 清 晰 最 远 端 视 野 达 到 车 前 110cm, 并 且 可 以 随 着 安 装 位 置 的 不 同, 继 续 增 加 探 测 距 离 同 时, 黑 线 在 视 频 远 端, 由 于 黑 线 变 细, 黑 线 识 别 并 不 十 分 可 靠, 黑 线 变 得 模 糊 增 加 了 黑 线 提 取 的 难 度 2.3 算 法 实 现 与 分 析 经 过 视 频 采 集, 将 AD 采 集 所 获 的 图 像 保 存 在 一 个 二 维 数 组 中, 之 后 需 要 对 图 像 中 的 黑 线 进 行 提 取, 保 证 所 获 赛 道 信 息 的 准 确 性 这 里 采 用 捕 获 黑 线 边 沿 的 算 法, 将 各 点 相 邻 作 差, 获 取 白 色 到 黑 线 的 边 缘 在 视 频 底 部, 由 于 黑 线 较 粗, 可 以 准 确 获 取, 但 是 在 远 端 由 于 黑 线 比 较 细, 因 此 采 样 的 视 频 经 常 丢 失 黑 线, 需 要 采 用 中 值 滤 波 的 方 法, 有 效 地 屏 蔽 错 误 行, 获 取 完 整 的 赛 道 信 息 ( 由 于 此 项 工 作 不 是 本 文 7

所 述 重 点, 因 此 故 不 在 此 详 细 介 绍, 请 参 见 技 术 报 告 ) 通 过 黑 线 提 取, 获 取 可 靠 的 赛 道 信 息, 效 果 如 下 : 图 5 黑 线 识 别 效 果 图 通 过 提 取 视 频 中 多 行 中 的 某 一 行, 舵 机 控 制 算 法 采 用 pid 控 制 就 类 似 于 将 摄 像 头 作 为 一 排 远 程 的 红 外 光 电 管 使 用 这 样 可 以 有 效 地 弥 补 先 前 光 电 传 感 器 方 案 在 探 测 距 离 上 的 不 足 经 过 实 际 测 试, 算 法 调 整, 寻 线 效 果 得 到 以 下 几 点 提 高 : 片 内 AD 视 频 采 集, 单 排 可 以 获 取 51 个 有 效 点, 相 当 于 一 排 51 路 红 外 信 号, 因 此 寻 线 控 制 精 度 高, 可 以 实 现 更 加 平 滑 的 转 向 控 制 探 测 距 离 的 加 大, 有 效 地 弥 补 了 舵 机 响 应 延 时, 可 以 实 现 提 前 入 弯 的 设 想, 内 侧 过 弯 采 用 摄 像 头 作 为 寻 线 传 感 器, 仅 仅 通 过 探 测 距 离 的 前 伸, 就 有 效 地 弥 补 了 舵 机 响 应 上 的 延 时, 在 寻 线 效 果 上, 有 很 大 的 提 高 单 圈 平 8

均 速 度, 通 过 直 道 上 的 加 速, 也 大 大 提 高 但 是, 并 不 是 探 测 距 离 的 伸 长, 就 会 使 摄 像 头 方 案 优 于 光 电 管 探 测 距 离 的 伸 长 也 同 时 带 来 了 很 多 问 题 : 弯 道 行 驶 下 的 黑 线 检 测 问 题 为 了 让 摄 像 头 探 测 更 远 的 距 离, 必 须 将 摄 像 头 所 获 视 野 尽 量 向 前 伸, 这 样 就 要 牺 牲 掉 车 前 近 处 的 视 野 在 弯 道 行 驶 过 程 中, 因 为 近 端 视 野 的 丢 失, 导 致 视 野 无 法 捕 获 黑 线, 因 此 赛 车 在 弯 道 行 驶 中, 只 能 通 过 算 法, 依 靠 先 前 入 弯 信 息, 记 住 黑 线 方 位, 控 制 赛 车 完 成 弯 道, 待 出 弯 时 重 新 捕 获 黑 线 这 样 做 存 在 风 险, 有 很 大 的 不 确 定 性 摄 像 头 远 距 离 探 测 下 黑 线 识 别 问 题 根 据 上 面 所 示 的 视 频 图 像, 黑 线 在 图 像 远 端 变 得 非 常 细, 增 加 了 黑 线 捕 获 的 难 度 同 时 在 弯 道 中, 由 于 黑 线 变 得 倾 斜, 使 黑 线 显 得 更 加 不 明 显, 因 此 在 现 有 摄 像 头 视 频 采 集 效 果 的 基 础 上, 摄 像 头 黑 线 检 测 存 在 一 个 极 限 距 离, 并 且 这 个 距 离 在 弯 道 时 会 进 一 步 缩 短 2.4 小 结 通 过 对 摄 像 头 方 案 的 探 索 与 研 究, 经 过 实 际 赛 道 测 试, 其 在 探 测 距 离 上 比 较 光 电 传 感 器, 有 很 大 的 优 势 由 于 当 前 车 模 舵 机 特 性, 其 响 应 延 时 是 限 制 车 速 的 最 大 因 素, 因 此, 采 用 摄 像 头 方 案, 可 以 在 短 时 间 内, 极 大 提 高 单 圈 成 绩 甚 至 可 以 这 样 认 为, 越 提 前 检 测 弯 道, 留 给 车 模 入 弯 减 速 的 距 离 越 长, 弯 道 行 驶 策 略 越 优 化, 而 直 道 速 度 可 以 加 的 更 高 但 是, 为 了 让 摄 像 头 检 测 更 远 的 弯 道, 必 然 要 牺 牲 掉 赛 车 近 端 的 视 野 信 息, 这 会 使 赛 车 在 弯 道 行 驶 过 程 中, 存 在 丢 失 黑 线 的 现 象, 无 法 通 过 在 弯 道 上 获 取 的 视 频 信 息, 完 成 对 赛 车 前 轮 转 向 控 制 3. 两 种 传 感 器 方 案 的 融 合 经 过 两 种 传 感 器 方 案 的 探 索 与 分 析, 两 种 方 案 互 有 优 缺 点 红 外 9

光 电 管, 信 号 可 靠 稳 定, 实 现 条 件 简 单 摄 像 头, 探 测 距 离 大, 可 获 取 丰 富 的 赛 道 信 息 在 直 道 行 驶 中, 摄 像 头 效 果 优 于 光 电 管, 并 且 可 以 通 过 算 法, 识 别 入 弯 出 弯, 而 在 弯 道 行 驶 中, 光 电 管 优 于 摄 像 头 因 此 我 们 尝 试, 将 两 种 传 感 器 同 时 安 装 在 车 模 上, 通 过 摄 像 头 控 制 直 道 行 驶, 捕 获 入 弯 出 弯 信 息, 而 采 用 光 电 管 进 行 弯 道 行 驶 控 制 这 样 做, 可 以 互 相 弥 补 两 种 方 案 的 不 足, 同 时 为 控 制 算 法, 提 供 最 为 丰 富 的 赛 道 信 息 而 根 据 韩 国 比 赛 经 验 来 看, 有 很 多 队 伍 都 采 用 了 这 种 策 略, 对 赛 车 进 行 控 制 3.1 融 合 策 略 硬 件 上 : 由 于 通 过 摄 像 头 探 测 远 端 黑 线 信 息, 因 此, 对 光 电 管 的 探 测 距 离 没 有 很 高 的 要 求, 只 需 检 测 近 端 信 号, 保 证 信 号 可 靠 即 可 而 摄 像 头 可 以 尽 量 探 测 前 端 信 息, 在 极 限 距 离 内, 保 证 黑 线 识 别 可 靠 软 件 上 : 摄 像 头 视 频 信 号 为 每 秒 50 帧, 先 前 控 制 算 法, 一 直 是 按 照 这 个 频 率 来 进 行 的, 因 此 光 电 管 信 息 读 取 频 率 同 样 为 50Hz, 与 每 帧 视 频 信 息 配 对 在 策 略 上, 直 道 行 驶 中, 由 摄 像 头 获 取 的 偏 差 量 进 行 PID 舵 机 控 制 ; 识 别 到 入 弯 信 息 后, 将 舵 机 控 制 移 交 给 光 电 管, 同 时 开 始 减 速 控 制 ; 摄 像 头 在 弯 道 中 只 负 责 出 弯 检 测, 一 旦 检 测 到 出 弯, 除 了 进 行 加 速, 摄 像 头 要 收 回 对 舵 机 的 控 制 权 限 这 样 就 完 成 了 一 个 直 道 - 弯 道 - 直 道 的 行 驶 过 程, 期 间 对 于 车 速 的 控 制, 是 由 速 度 传 感 器 搭 建 的 速 度 闭 环 控 制 完 成 的 3.2 入 弯 出 弯 识 别 在 控 制 策 略 中, 完 成 两 种 传 感 器 之 间 控 制 切 换 的, 是 入 弯 和 出 弯 识 别 因 此, 出 弯 入 弯 识 别 算 法 在 这 里 是 非 常 重 要 的, 既 要 准 确 又 要 可 靠 10

根 据 图 5 所 示 四 种 赛 道 情 况, 直 道, 弯 道 区 分 可 以 通 过 各 行 黑 线 位 置 方 差 的 方 法 实 现 在 直 道 时, 各 行 黑 线 位 置 位 于 视 频 中 心, 各 点 方 差 较 小 在 弯 道 时, 各 行 数 据 的 方 差 必 然 大 于 直 道 状 况 row _ max image _ date[ row] 1 x = row _ max ( 公 式 1) row _ max 2 ( x image _ date[ row] ) 1 σ = ( 公 式 2) row _ max 经 过 计 算, 图 5 所 示 图 片, 左 上 角 画 面 方 差 为 43, 其 余 三 副 图 像, 计 算 得 到 方 差 均 大 于 500, 因 此, 算 法 有 效, 可 靠, 同 时 又 实 现 简 单, 方 便 调 整 通 过 判 断 各 帧 图 像 的 方 差 值 σ, 来 判 别 直 道, 弯 道 的 方 法, 虽 然 简 单, 粗 糙, 但 是 经 过 实 际 测 试, 效 果 非 常 好 通 过 测 试, 调 整 直 道 弯 道 判 别 阈 值, 调 整 算 法, 对 于 弯 道 和 直 道 的 敏 感 性 还 可 以 根 据 方 差 大 小, 判 别 弯 道 的 缓 急 程 度, 为 不 同 的 弯 道 控 制 策 略, 提 供 输 入 接 口 3.3 直 道 弯 道 行 驶 策 略 在 直 道 时, 仍 然 采 用 摄 像 头 得 到 的 偏 差 值 控 制 舵 机 运 动, 通 过 单 行 51 个 点 的 高 精 度 控 制, 修 改 PID 各 参 数, 可 以 实 现 很 好 的 寻 线 效 果 并 且 在 直 道 行 驶 中, 随 时 检 测 黑 线 方 差 值, 一 旦 超 过 弯 道 检 测 阈 值, 即 刻 切 换 到 弯 道 行 驶 程 序 在 弯 道 行 驶 程 序 中, 通 过 读 取 光 电 管 信 息, 控 制 赛 车 时 钟 压 在 黑 线 上 行 驶, 而 摄 像 头 只 负 责 检 测 出 弯 因 此, 该 算 法, 是 以 摄 像 头 寻 线 为 主, 用 其 进 行 直 道 弯 道 检 测, 并 且 负 责 赛 车 直 道 行 驶, 而 光 电 传 感 器 只 负 责 赛 车 在 弯 道 中 行 驶 控 制, 规 划 赛 车 严 格 压 线 行 驶, 并 且 可 以 通 过 左 右 弯 道 的 识 别, 控 制 赛 车 内 侧 过 弯, 减 少 赛 车 行 驶 距 离 最 终 算 法 流 程 图 如 下 所 示 : 11

图 6 算 法 流 程 图 4. 算 法 实 现 与 分 析 根 据 行 驶 策 略, 编 写 算 法, 测 试 赛 车 实 际 行 驶, 与 先 前 只 采 用 摄 像 头 方 案 有 以 下 几 点 效 果 优 化 : 赛 车 在 弯 道 行 驶 上, 可 靠 性 大 大 增 强, 无 论 各 种 弯 道, 均 可 以 保 证 赛 车 不 冲 出 赛 道 由 于 摄 像 头 视 野 可 以 进 一 步 向 前, 因 此 提 前 弯 道 识 别 距 离 加 大, 赛 车 在 直 道 上 速 度 可 以 进 一 步 加 大 以 上 几 点 优 化, 均 在 预 想 范 围 内 另 外, 赛 车 在 直 道 行 驶 中, 可 12

以 通 过 光 电 管 来 可 靠 地 识 别 起 跑 线 与 交 叉 线 ( 并 没 有 区 分 ), 可 以 在 控 制 算 法 上, 通 过 拨 盘 开 关 输 入 量, 来 确 定 起 始 线, 为 赛 车 记 忆 算 法 提 供 了 良 好 的 平 台 而 通 过 摄 像 头 进 行 起 始 线 交 叉 线 识 别, 对 算 法 来 说, 比 较 复 杂 但 是, 光 电 管 的 安 装, 相 对 于 仅 仅 采 用 摄 像 头 的 方 案, 也 带 来 了 一 些 问 题, 供 读 者 参 考 光 电 管 安 装 于 赛 车 前 部, 变 相 增 加 了 赛 车 前 轮 转 向 负 载, 给 舵 机 带 来 了 更 大 的 负 担, 使 转 向 性 能 更 加 恶 劣 因 此 最 终 在 赛 道 测 试 表 明, 两 种 传 感 器 混 用 方 案 并 没 有 让 赛 车 单 圈 速 度 大 大 地 提 高, 只 是 在 可 靠 性 方 面, 有 一 定 的 优 势 甚 至 在 有 些 单 圈 表 现 上, 速 度 落 后 于 摄 像 头 方 案 通 过 设 置 光 电 管 中 心 位 置, 实 现 内 侧 过 弯 在 普 通 弯 道 上, 可 以 获 得 很 好 的 表 现, 但 是 在 蛇 行 道 上, 由 于 需 要 控 制 赛 车 左 右 不 停 地 转 向, 因 此 不 应 该 将 光 电 管 中 心 位 置 设 置 在 一 侧, 而 应 该 维 持 直 道 行 驶 控 制 这 样 就 需 要 通 过 算 法, 识 别 出 普 通 弯 道 与 蛇 行 道 在 目 前 来 看, 由 于 摄 像 头 视 野 偏 小, 识 别 比 较 困 难 最 终, 通 过 算 法 中 的 参 数 调 整, 有 效 地 实 现 了 预 定 控 制 策 略, 有 效 地 解 决 了 赛 车 在 弯 道 行 驶 问 题 通 过 两 种 传 感 器 信 息 的 组 合, 互 相 弥 补 不 足, 发 挥 各 自 优 势, 使 得 控 制 算 法 有 很 高 的 开 发 自 由 度 同 时, 两 种 传 感 器 的 组 合, 搭 建 了 最 完 整 的 寻 线 传 感 器 试 验 平 台, 为 今 后 比 赛 开 发, 提 供 良 好 的 基 础 参 考 文 献 (References) [1] 卓 晴, 基 于 面 阵 CCD 的 赛 道 参 数 检 测 方 法, 清 华 大 学 自 动 化 系,2006 [2] 邵 贝 贝, 单 片 机 嵌 入 式 应 用 的 在 线 开 发 方 法, 清 华 大 学 出 版 社,2004 13