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。
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(start<end)//--访问，要保证start>end
{
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;
}
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。
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<start)//++访问，坐标互换
{
t=end;
end=start;
start=t;
}
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
qq：2296449414
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