第六届国二师哥摄像头讲座

智能汽车大赛问题探讨之一2009年11月30日山大摄像头预赛北科CCD决赛基本思路简单问题复杂化—简单复杂问题简单化—复杂

简单的现实问题给定行走路线后，在不翻车、不掉出道路的前提下，用最短的时间跑完全程。

复杂的理论问题涉及到数学模型、控制模型、图像处理、图像识别、电路实现、电路板制作、软件编程等等。

简单的控制实现由于单片机的的存储能力和运算能力有限，车模负载有限，车速和舵机的控制越简单越好。

问题的细划利用简单思维方式，列举细划问题的各个方面，暂不考虑如何解决问题。利用现实开车的思维，分析各种状态下的处理方法。

问题的解决简化、优化图像识别模块的算法和物理实现，以便能够准确无误地确定前方道路状态。再根据道路状态和当前车模状态，给出相应的车速和舵机控制参数。学习方法：要把薄书念厚，再把厚书念薄一、摄像头问题

(一)摄像头前后位置对图象影响直线行驶时，与安装位置无关，没有影响因舵机在前轮，转向时安装在前影响大安装在后，转向时影响小最佳位置：两后轮中央图象中心偏移量大图象中心偏移量小一、摄像头问题

(二)摄像头高低对稳定性影响位置低力臂小位置高力臂大转弯时产生的离心力即便不考虑行走时的空气阻力，在转弯时，由摄象机产生的对车的扭力，与摄象机的重量和作用力臂（安装位置高低）有关（成正比）。因此，单纯从这方面讲，摄象机越轻约好，安装位置距离车的重心点越近越好。车速越高，转弯时产生的离心力越大，此因素越重要。一、摄像头问题

(三)摄像头安装夹角最远点最近点轴心线成像可视范围垂直夹角大，可视范围大，在线数一定的条件下，分辨率底垂直夹角最远点最近点轴心线成像可视范围垂直夹角小，可视范围小，在线数一定的条件下，分辨率高垂直夹角一、摄像头问题

(四)摄像头焦聚问题最远点最近点轴心线成像可视范围焦距长，可视范围小，在线数一定的条件下，分辨率高最远点最近点轴心线成像可视范围焦距短，可视范围大，在线数一定的条件下，分辨率低一、摄像头问题

(五)摄像头问题总结因素影响1前后位置最佳位置在两后轮中间，但向后且安装位置较低时，会影响视角最近点2高低位置最佳位置在车模重心点上，但太低了会影响视角最近点3垂直夹角夹角大小决定了可视范围的大小在摄像机线数一定时，可视范围越大，越能做出更好的道路预测，但图像分辨率的降低，使图象处理难度增大。4镜头焦距夹角大小决定了可视范围的大小5摄像头重量在分辨率能够满足使用的前提下，摄像机越轻越好最近点的确定：在不影响道路状态判断的前提下，最近点距离车模越远越好！最远点最近点轴心线成像可视范围垂直夹角最远点最近点轴心线成像x’二、摄像头成像分析

(一)图像与实际距离关系决定图像的要素：1、摄像机的高度2、摄像机的水平夹角这两个要素决定了最远点、最近点、轴心线和成像最关心的问题：当摄像机固定后，图象中的每一行所对应的实际距离，也就是根据x’确定该点到摄像机的实际距离。把上述问题抽象为数学问题已知量：安装高度h，最近点距离a，最远点距离b，摄像机线数m，假定m条线等分可视夹角。求：第i条线对应的距离x。haαxbβi中轴线二、摄像头成像分析

(二)图像与实际距离计算最远点最近点i=0i=m解：设α为最近点垂直夹角，β为最远点垂直夹角，则α=arctg(a/h)，β=arctg(b/h)

可视夹角为：β-α

第i条线对应的垂直夹角为：

α+i·(β-α)/mx=h·tg(α+i·(β-α)/m)解毕。二、摄像头成像分析

(三)建立图像距离对应表根据前面的分析，在摄象机的焦距、分辨率（线数）、安装位置、安装高度、安装角度确定后，可以计算出每条线对应的此线到智能车的实际距离。这些数据是合理设计控制模型、实现优化控制的基础数据。当然，这些数据也可以通过实际模拟的方法得到。573819563718553617543516533415523314513213503112493011482910472894627845267442564324542234412234021239201距离线号距离线号距离线号三、现实开车的思维分析前方直道，视野开阔，关注区域远移，加速行驶。关注区域关注区域关注区域发现路口、转弯等情况时，车辆减速行驶关注区域随着距离路口、转弯处的接近，不仅车速降低，关注区域向近处移动移。在上坡的路段，应该加大动力，在下坡时减少动力在车辆转弯时，在规定的范围内，可以走捷径。行驶过程中转弯，不是等车身正了再回方向，应提前。车速升车速降加大动力减少动力目标点中心点只要目标点和中心点在允许范围内，可以不改变行驶方向（相当于多车道）。四、图像分区{{道路状态识别区直道小、其它大速度控制区，目标线以下区域，随大小变化速度追踪目标线，控制舵机，位置变1、道路状态识别区：判断前方是直道、弯道、蛇形道、坡道、终点等状态，以决定控制策略（控制参数）。2、追踪目标线：根据道路中心线在此线上的偏移量