开源汇总写在下面

第18届全国大学生智能汽车竞赛四轮车开源讲解_Joshua.X的博客-CSDN博客

一、元素识别

智能车花费时间最多的就是元素识别这一环节,经过我们前几章摄像头矫正,边线提取,中线计算,速度/方向控制。这几个环节都做好的话,车子是可以在简单的赛道中间进行基本的寻迹。沿着直道,弯道走。

但是想要完成比赛要求,需要对元素进行处理,包括但不限于:弯道,直道,十字,环岛,坡道,横断,断路,车库,三叉,T字等。

我们从本章开始进行图像元素识别,元素识别主要是依靠特征点的排列组合,以及防止误判。

而且元素识别最重要的是思路,我会详细讲解我的图像识别的思路,讲解特征点的提取。代码并不重要,我在下面提供的代码各位仅供参考。

还是那句话:不同算法之间没有优劣之分,多少国赛选手仍跑着最简单的算法,这并不影响什么。

注:以下方案有可能会用到一个或者多个下述变量,以下变量均在开源【3】边线提取一章有讲。

const uint8 Standard_Road_Wide[MT9V03X_H];//标准赛宽数组

volatile int Left_Line[MT9V03X_H]; //左边线数组

volatile int Right_Line[MT9V03X_H];//右边线数组

volatile int Mid_Line[MT9V03X_H]; //中线数组

volatile int Road_Wide[MT9V03X_H]; //实际赛宽数组

volatile int White_Column[MT9V03X_W];//每列白列长度

volatile int Search_Stop_Line; //搜索截止行,只记录长度,想要坐标需要用视野高度减去该值

volatile int Boundry_Start_Left; //左右边界起始点

volatile int Boundry_Start_Right; //第一个非丢线点,常规边界起始点

volatile int Left_Lost_Time; //边界丢线数

volatile int Right_Lost_Time;

volatile int Both_Lost_Time;//两边同时丢线数

int Longest_White_Column_Left[2]; //最长白列,[0]是最长白列的长度,也就是Search_Stop_Line搜索截止行,[1】是第某列

int Longest_White_Column_Right[2];//最长白列,[0]是最长白列的长度,也就是Search_Stop_Line搜索截止行,[1】是第某列

int Left_Lost_Flag[MT9V03X_H] ; //左丢线数组,丢线置1,没丢线置0

int Right_Lost_Flag[MT9V03X_H]; //右丢线数组,丢线置1,没丢线置0

二、直道

先看几张标准直道图像。

直道

直道

直道

这几张图像都是在跑车时候实际的图片,各位可以看一看,长直道有什么特点。

我在判断的时候用了以下几个特征点:

前瞻很远,也就是Search_Stop_Line计数很大边界起始点很靠下赛道没有丢线,或者丢线很少摄像头获取到的误差很小

代码如下

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 直道检测

@param null

@return null

Sample Straight_Detect();

@note 利用最长白列,边界起始点,中线起始点,

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Straight_Detect(void)

{

Straight_Flag=0;

if(Search_Stop_Line>=65)//截止行很远

{

if(Boundry_Start_Left>=68&&Boundry_Start_Right>=65)//起始点靠下

{

if(-5<=Err&&Err<=5)//误差很小

{

Straight_Flag=1;//认为是直道

}

}

}

}

我的直道判断写的其实不好,下面是我在比赛后看了一些技术报告,包括自己的一些想法

中线分布方差视野远处到近处的斜率

由于直道的情况下中线近乎是一条直线,所以中线数组的方差一定不会太大。

视野远处到近处的斜率可以作为前方道路是否“直”的一个判断标准。

三、弯道

缓弯

急弯

弯道我没有进行处理,直接用的摄像头误差丢给pid进行计算的,但是想要跑的好,其实可以区分大小弯,这里可以提供一些建议。

视野长度最长白列偏左还是偏右左/右边丢线数边界起始点位置中线位置曲率计算

这些都可以组合起来,分辨出不同的弯,然后对应不同的参数,得到比较好的控制效果。

s弯也是非常考验控制技术的一环。他不专门作为元素,但是比赛中可能会出现。处理的好可以做到如履平地,直线飞过。

小s弯

s弯

实物图和图像图放在上面,大家可自行分析出特点,进行对应处理。

四、十字

说起十字,大家是不是想到这样的一张图

标准十字

正入十字环

这是一张标准的十字,正常处理可以很简单。

中间区域丢线多,找到四个拐点,连线即可即可。

但是,你常常看到的是这样的十字:

超远十字

十字中途

近处变形十字

斜入十字

斜出十字

这种斜入,斜出,弯道入,十字中途,都是十字。

处理元素就要处理各种情况下的元素,不然没有实际意义。

首先要观察这几张十字都有什么特征。

存在双边丢线,且双边丢线基本位于视野中间。存在起码2个角点或者更多。最长白列较长。

当发现以上情况可以启动十字判断流程。

1.正入十字

注:以下文章中:角点==拐点,两者是一个东西,没有区别。

我们关注一下正入十字时的边线情况。

标准十字边线情况

我们以左下角点为例,将图像放大来看。

左下角点放大情况

画圆处是理想的角点,我们可以找一找他有什么规律。

角点向下几个边线横坐标差距不大。角点向上几个边线横坐标差距较大,越向上横差距越大。角点向上可能会有丢线。

当同时满足这些条件的时候,我认为我找到了一个角点。

我将这种判断办法我称为边界撕裂法。

右下角点情况

右上角点情况

左上角点情况

其他几个点的情况也差不多,都是在上角点上侧边线差距不大,下面边线差距很大,还有可能出现丢线,下角点同理。

左下角点判断函数参考如下:

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 左下角点检测

@param 起始行,终止行

@return 返回角点所在的行数,找不到返回0

Sample left_down_guai[0]=Find_Left_Down_Point(MT9V03X_H-1,20);

@note 角点检测阈值可根据实际值更改

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

int Find_Left_Down_Point(int start,int end)//找左下角点,返回值是角点所在的行数

{

int i,t;

int left_down_line=0;

if(Left_Lost_Time>=0.9*MT9V03X_H)//大部分都丢线,没有拐点判断的意义

return left_down_line;

if(startend

{

t=start;

start=end;

end=t;

}

if(start>=MT9V03X_H-1-5)//下面5行上面5行数据不稳定,不能作为边界点来判断,舍弃

start=MT9V03X_H-1-5;//另一方面,当判断第i行时,会访问到i+3和i-4行,防止越界

if(end<=MT9V03X_H-Search_Stop_Line)

end=MT9V03X_H-Search_Stop_Line;

if(end<=5)

end=5;

for(i=start;i>=end;i--)

{

if(left_down_line==0&&//只找第一个符合条件的点

abs(Left_Line[i]-Left_Line[i+1])<=5&&//角点的阈值可以更改

abs(Left_Line[i+1]-Left_Line[i+2])<=5&&

abs(Left_Line[i+2]-Left_Line[i+3])<=5&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-2])>=5&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-3])>=10&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-4])>=10)

{

left_down_line=i;//获取行数即可

break;

}

}

return left_down_line;

}

相类似的角点判断这里不在重复阐述,核心原理是找到边界撕裂,记录边界撕裂起始处的行数。

当找到四个角点时,对应连线即可。

左右对应点连上即可

这里提供一下左边线连线函数,右边线同理,不再赘述。

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 左补线

@param 补线的起点,终点

@return null

Sample Left_Add_Line(int x1,int y1,int x2,int y2);

@note 补的直接是边界,点最好是可信度高的,不要乱补

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Left_Add_Line(int x1,int y1,int x2,int y2)//左补线,补的是边界

{

int i,max,a1,a2;

int hx;

if(x1>=MT9V03X_W-1)//起始点位置校正,排除数组越界的可能

x1=MT9V03X_W-1;

else if(x1<=0)

x1=0;

if(y1>=MT9V03X_H-1)

y1=MT9V03X_H-1;

else if(y1<=0)

y1=0;

if(x2>=MT9V03X_W-1)

x2=MT9V03X_W-1;

else if(x2<=0)

x2=0;

if(y2>=MT9V03X_H-1)

y2=MT9V03X_H-1;

else if(y2<=0)

y2=0;

a1=y1;

a2=y2;

if(a1>a2)//坐标互换

{

max=a1;

a1=a2;

a2=max;

}

//这里有bug,下方循环++循环,只进行y的互换,但是没有进行x的互换

//建议进行判断,根据a1和a2的大小关系,决定++或者--访问

//这里修改各位自行操作

for(i=a1;i<=a2;i++)//根据斜率补线即可

{

hx=(i-y1)*(x2-x1)/(y2-y1)+x1;

if(hx>=MT9V03X_W)

hx=MT9V03X_W;

else if(hx<=0)

hx=0;

Left_Line[i]=hx;

}

}

核心也就是两点确定一条直线。根据数学中的直线函数的两点式,填入对应数据,补线就行。

当然,这是最理想的情况。

2.斜入十字

但凡车入十字时歪了,或者是急弯接着十字下面的两个拐点就看不见了。

大家看一看上面我列举的几张斜入十字的图,但凡十字出现,下面的角点会有可能看不见,但是上面一定存在两个角点。

所以我将十字判断的核心放到了上面两个角点上。

只要上面两个拐点同时出现,且坐标位置合理,我就认为当前元素是十字,下面两个角点存在与否不重要,下面有点,那就连上,没有点就用其他办法。

整套十字处理代码如下。

全套函数中用到了

void Find_Up_Point(int start,int end); //搜索上角点,左上+右上

void Find_Down_Point(int start,int end);//搜索下角点,左下+右下

函数内容如下:

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 找下面的两个拐点,供十字使用

@param 搜索的范围起点,终点

@return 修改两个全局变量

Right_Down_Find=0;

Left_Down_Find=0;

Sample Find_Down_Point(int start,int end)

@note 运行完之后查看对应的变量,注意,没找到时对应变量将是0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Find_Down_Point(int start,int end)

{

int i,t;

Right_Down_Find=0;

Left_Down_Find=0;

if(start

{

t=start;

start=end;

end=t;

}

if(start>=MT9V03X_H-1-5)//下面5行数据不稳定,不能作为边界点来判断,舍弃

start=MT9V03X_H-1-5;

if(end<=MT9V03X_H-Search_Stop_Line)

end=MT9V03X_H-Search_Stop_Line;

if(end<=5)

end=5;

for(i=start;i>=end;i--)

{

if(Left_Down_Find==0&&//只找第一个符合条件的点

abs(Left_Line[i]-Left_Line[i+1])<=5&&//角点的阈值可以更改

abs(Left_Line[i+1]-Left_Line[i+2])<=5&&

abs(Left_Line[i+2]-Left_Line[i+3])<=5&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-2])>=8&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-3])>=15&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i-4])>=15)

{

Left_Down_Find=i;//获取行数即可

}

if(Right_Down_Find==0&&//只找第一个符合条件的点

abs(Right_Line[i]-Right_Line[i+1])<=5&&//角点的阈值可以更改

abs(Right_Line[i+1]-Right_Line[i+2])<=5&&

abs(Right_Line[i+2]-Right_Line[i+3])<=5&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i-2])<=-8&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i-3])<=-15&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i-4])<=-15)

{

Right_Down_Find=i;

}

if(Left_Down_Find!=0&&Right_Down_Find!=0)//两个找到就退出

{

break;

}

}

}

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 找上面的两个拐点,供十字使用

@param 搜索的范围起点,终点

@return 修改两个全局变量

Left_Up_Find=0;

Right_Up_Find=0;

Sample Find_Up_Point(int start,int end)

@note 运行完之后查看对应的变量,注意,没找到时对应变量将是0

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Find_Up_Point(int start,int end)

{

int i,t;

Left_Up_Find=0;

Right_Up_Find=0;

if(start

{

t=start;

start=end;

end=t;

}

if(end<=MT9V03X_H-Search_Stop_Line)

end=MT9V03X_H-Search_Stop_Line;

if(end<=5)//及时最长白列非常长,也要舍弃部分点,防止数组越界

end=5;

if(start>=MT9V03X_H-1-5)//下面5行数据不稳定,不能作为边界点来判断,舍弃

start=MT9V03X_H-1-5;

for(i=start;i>=end;i--)

{

if(Left_Up_Find==0&&//只找第一个符合条件的点

abs(Left_Line[i]-Left_Line[i-1])<=5&&

abs(Left_Line[i-1]-Left_Line[i-2])<=5&&

abs(Left_Line[i-2]-Left_Line[i-3])<=5&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i+2])>=8&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i+3])>=15&&

(Left_Line[i]-Left_Line[i+4])>=15)

{

Left_Up_Find=i;//获取行数即可

}

if(Right_Up_Find==0&&//只找第一个符合条件的点

abs(Right_Line[i]-Right_Line[i-1])<=5&&//下面两行位置差不多

abs(Right_Line[i-1]-Right_Line[i-2])<=5&&

abs(Right_Line[i-2]-Right_Line[i-3])<=5&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i+2])<=-8&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i+3])<=-15&&

(Right_Line[i]-Right_Line[i+4])<=-15)

{

Right_Up_Find=i;//获取行数即可

}

if(Left_Up_Find!=0&&Right_Up_Find!=0)//下面两个找到就出去

{

break;

}

}

if(abs(Right_Up_Find-Left_Up_Find)>=30)//纵向撕裂过大,视为误判

{

Right_Up_Find=0;

Left_Up_Find=0;

}

}

void Cross_Detect()

{

int down_search_start=0;//下角点搜索开始行

Cross_Flag=0;

if(Island_State==0&&Ramp_Flag==0)//与环岛互斥开

{

Left_Up_Find=0;

Right_Up_Find=0;

if(Both_Lost_Time>=10)//十字必定有双边丢线,在有双边丢线的情况下再开始找角点

{

Find_Up_Point( MT9V03X_H-1, 0 );

if(Left_Up_Find==0&&Right_Up_Find==0)//只要没有同时找到两个上点,直接结束

{

return;

}

}

if(Left_Up_Find!=0&&Right_Up_Find!=0)//找到两个上点,就认为找到十字了

{

Cross_Flag=1;//确定对应标志位,便于各元素互斥掉

down_search_start=Left_Up_Find>Right_Up_Find?Left_Up_Find:Right_Up_Find;//用两个上拐点坐标靠下者作为下点的搜索上限

Find_Down_Point(MT9V03X_H-5,down_search_start+2);//在上拐点下2行作为下角点的截止行

if(Left_Down_Find<=Left_Up_Find)

{

Left_Down_Find=0;//下点不可能比上点还靠上

}

if(Right_Down_Find<=Right_Up_Find)

{

Right_Down_Find=0;//下点不可能比上点还靠上

}

if(Left_Down_Find!=0&&Right_Down_Find!=0)

{//四个点都在,无脑连线,这种情况显然很少

Left_Add_Line (Left_Line [Left_Up_Find ],Left_Up_Find ,Left_Line [Left_Down_Find ] ,Left_Down_Find);

Right_Add_Line(Right_Line[Right_Up_Find],Right_Up_Find,Right_Line[Right_Down_Find],Right_Down_Find);

}

else if(Left_Down_Find==0&&Right_Down_Find!=0)//11//这里使用的是斜率补线

{//三个点 //01

Lengthen_Left_Boundry(Left_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

Right_Add_Line(Right_Line[Right_Up_Find],Right_Up_Find,Right_Line[Right_Down_Find],Right_Down_Find);

}

else if(Left_Down_Find!=0&&Right_Down_Find==0)//11

{//三个点 //10

Left_Add_Line (Left_Line [Left_Up_Find ],Left_Up_Find ,Left_Line [Left_Down_Find ] ,Left_Down_Find);

Lengthen_Right_Boundry(Right_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

}

else if(Left_Down_Find==0&&Right_Down_Find==0)//11

{//就俩上点 //00

Lengthen_Left_Boundry (Left_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

Lengthen_Right_Boundry(Right_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

}

}

else

{

Cross_Flag=0;

}

}

//角点相关变量,debug使用

//ips200_showuint8(0,12,Cross_Flag);

// ips200_showuint8(0,13,Island_State);

// ips200_showuint8(50,12,Left_Up_Find);

// ips200_showuint8(100,12,Right_Up_Find);

// ips200_showuint8(50,13,Left_Down_Find);

// ips200_showuint8(100,13,Right_Down_Find);

}

判断流程如下

当前状态不是环岛,不是坡道,因为需要做到元素互斥,一次只有可能是一个元素。图像中累计双边丢线数量大于10,开始找上拐点。上拐点找到了,以上拐点纵坐标靠下者作为下拐点搜索的上限。搜索下拐点。下拐点位置合理性判断,下拐点不可能比上拐点还靠上。如果四个点都存在,直接连线;三个点存在,根据条件使用斜率补线和直接连线。只有两个上点存在,进行斜率补线。

十字判断流程图

这样处理十字有一个好处,不用进行十字的状态机处理。

传统十字需要区分如下状态:

车即将入十字,存在四个角点;车已经进入十字,只有两个上角点,车即将出十字,上角点靠下;车出十字,角点消失。

我实测四个角点同时出现的情况太少了,几乎看不到,所以没有使用传统方法。

用我们现在这种方法可以省去状态机,有几个角点就按照对应着连线,不再区分十字状态。

3.补线

我的十字补线函数有两种:

Lengthen_Left_Boundry (Left_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

Lengthen_Right_Boundry(Right_Up_Find-1,MT9V03X_H-1);

Left_Add_Line (Left_Line [Left_Up_Find ],Left_Up_Find ,Left_Line [Left_Down_Find ] ,Left_Down_Find);

Right_Add_Line(Right_Line[Right_Up_Find],Right_Up_Find,Right_Line[Right_Down_Find],Right_Down_Find);

一个是Add_Line,一个是Lengthen_Left,两者有很大区别。

Add_Line的用途:两点确定一条直线。

Lengthen_Left用途:只有一个点,在这个点向上找点确定斜率,画出一根线。因为十字角点向上一定是短直道,那么我就沿着直道向下做一个斜率补线。

Lengthen_Left详情如下。

函数有两个参数,一个是补线起始行,一个是终止补线行。角点处开始,向上移动三行,顺便访问该行的边线的横坐标。这样我们就得到了两个点(补线起始行,补线起始行上面第3行,确定了行数再去找一下对应行数的边界的横坐标,就有了两个点的坐标),就可以算出这一条短线的斜率。有一个点(起始点),有斜率(起始点,起始点向上数3行的点,这两点之间的斜率),就可以向下补线,补到终止行即可。

斜率补线示意图

这样补的线和下面的角点就没有关系,无论有没有下角点,都可以补出一条边界线。

代码如下

/*-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@brief 右左边界延长

@param 延长起始行数,延长到某行

@return null

Sample Lengthen_Right_Boundry(int start,int end);

@note 从起始点向上找3个点,算出斜率,向下延长,直至结束点

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

void Lengthen_Right_Boundry(int start,int end)

{

int i,t;

float k=0;

if(start>=MT9V03X_H-1)//起始点位置校正,排除数组越界的可能

start=MT9V03X_H-1;

else if(start<=0)

start=0;

if(end>=MT9V03X_H-1)

end=MT9V03X_H-1;

else if(end<=0)

end=0;

if(end

{

t=end;

end=start;

start=t;

}

//这里有bug,下方循环++循环,只进行y的互换,但是没有进行x的互换

//建议进行判断,根据a1和a2的大小关系,决定++或者--访问

//这里修改各位自行操作

if(start<=5)//因为需要在开始点向上找3个点,对于起始点过于靠上,不能做延长,只能直接连线

{

Right_Add_Line(Right_Line[start],start,Right_Line[end],end);

}

else

{

k=(float)(Right_Line[start]-Right_Line[start-4])/5.0;//这里的k是1/斜率

for(i=start;i<=end;i++)

{

Right_Line[i]=(int)(i-start)*k+Right_Line[start];//(x=(y-y1)*k+x1),点斜式变形

if(Right_Line[i]>=MT9V03X_W-1)

{

Right_Line[i]=MT9V03X_W-1;

}

else if(Right_Line[i]<=0)

{

Right_Line[i]=0;

}

}

}

}

但斜率补线也有bug,当图像的边界撕裂不是那么明显的时候,会找错角点,然后根据斜率补出一条有问题的线。

角点处撕裂不明显,斜率补线出现bug

十字出现bug

上面一张图出现2个bug。

左上角点附近撕裂不明显,角点附近过斜率缓,导致角点向上的边线斜率与正常直道斜率不一致,补线出现异常。右下角角点没判,是由于角向上几行撕裂程度小于阈值,就不认为他是角点。就没有使用上下角点之间直接拉线,用的斜率补线。

所以需要我们将十字附近黑胶贴的稳定,笔直,牢固,防止反光之类的情况发生。

另外角点的阈值也需要根据实际情况进行修改,做到稳定不误判。

下面是我利用上面的十字判断方法实际跑出来的小s接十字环,效果很好。

小s入十字环

希望能够帮助到一些人。

本人菜鸡一只,各位大佬发现问题欢迎留言指出

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