采集到的实际赛道图像 图像信号处理中提取的赛道信息主 要包括： （1） 每一行的赛道中心位置； （2） 每一行的赛道宽度； （3） 赛道的曲率； （4） 赛道的变化幅度； （5） 赛道任一点的导数值； （6） 赛道形式，包括直道、左弯、 右弯、大S 弯、小S 弯等等。
四、摄像机模型
① 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系
I' =
{
硬件二值化方法：固定阈值法；浮动阈值法和微分法。 ① 固定阈值法
② 浮动阈值法
③ 微分法
二值化后，图像采集主要过程如下： （1） 利用普通IO口对视频分离之后的场同步信号进行采 集，以进行场信号同步； （2） 对行同步信号采用中断采集的方式，当行同步信号 来临时，产生中断，进入中断子程进行图像信号的采集； （3） 在行中断子程中，利用IO 端口对每行二值化处理 之后的逻辑信号进行采集，得到赛道图像信息。
X dX 0 − uo dX u Y = 0 dY − v dY v o 1 1 0 0 1
Xw Xw x y R t Y w = M Yw = 1 Zw z oT 1 Z w 1 1 1
X u= + uo dX v = Y + v o dY
1 0 uo u dX X 1 v = 0 vo Y dY 1 0 0 1 1
图像坐标系
③ 非线性模型
X = X '+δ X Y = Y '+δ Y
δ X = ( X '− u0 )( k1r 2 + k2 r 4 + ...) 2 4 δ Y = (Y '− v0 )(k1r + k2 r + ...)
r = ( X '− u0 ) 2 + (Y '− v0 ) 2
③ “W”型布局
快速通过急弯的能力对于跑完全程至关重要。为了能够 尽早预测弯道的出现，将左右两端的传感器进行适当前置， 从而形成“W”型布局。
④ 双排排列与前瞻设计
四、光电传感器阵列的输出
u0/V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
传感器序号
两个常见问题
① 相邻光电管之间的干扰 消除这种干扰可以采取以下几种措施： （1）选择发射与接收方向性好的红外传感器； （2）选择发射与接收一体化的红外传感器，它的外壳可 以抑制相邻干扰； （3）在红外接收管上安装黑色套管，使其只接收前方一 定角度内的红外光线； （4）使相邻的红外发射/接收管交替工作（扫描式）。 这种方法不仅减小了相邻红外传感器之间的相互干扰， 同时也降低了传感器的耗电量。
② 光电管发射功率的影响 为了增加前瞻距离，需要加大光电管发射功率，使得 返回的红外线的强度提高，这样不仅使得电池电能消耗增 加，同时也会缩短红外发射管的寿命。为了解决这个问题， 可以利用红外接收管响应速度快的特点，采用光电管脉冲 发射/接收的方法加以处理（扫描式）。
天津工业大学方案
方案一：一字型布局
4.2 基于光电传感器的道路识别与控制
一、光电传感器道路识别基本原理
二、影响光电管传感器布局的两个参数 ① 传感器的布局间隔 ② 传感器的径向探出距离
三、布局形式 ① “一”字型布局
最常用的布局形式，各个传感器在一条线上，从而保 证纵向一致性，使控制策略集中在横向上。
② “八”字型布局
增加了纵向特性，从而具有一定的前瞻性。将中间传感 器前置的主要目的在于能够早一步了解到车前方是否为直道， 以便控制车速。
第四章 道路识别与控制算法
1、赛场基本情况 2、基于光电传感器的道路识别与控制 3、基于摄像头的道路识别与控制
4.1 赛场基本情况 (1)赛道基本参数 (1)赛道基本参数 赛道路面用专用白色基板制作， 赛道路面用专用白色基板制作， 跑道所占 面积不大于5000mm 7000mm， 5000mm× 面积不大于5000mm×7000mm，跑道宽度不小 600mm； 于600mm； 跑道表面为白色， 跑道表面为白色，中心有连续黑线作为引 导线，黑线宽25mm 25mm； 导线，黑线宽25mm； 跑道最小曲率半径不小于500mm 跑道最小曲率半径不小于500mm 跑道可以交叉，交叉角为90 跑道可以交叉，交叉角为90°；
δ X = ( X '− u0 )k1r 2 2 δ Y = (Y '− v0 )k1r
五、透视校正
zc M m oc
y x
y x
yc
o xc
~ ~ = HM sm
% M = [x y 1]
T
% m = [u v 1]
T
H是3×3非奇异矩阵，s为 不为零的系数
o
H的求解方法
~ M T T 0 0T ~ MT ~ − uM T ~ T X = 0 − vM
赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡 赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡 15 面道路， 面道路，包括上坡与下坡道路 赛道有一个长为1000mm的出发区， 1000mm的出发区 赛道有一个长为1000mm的出发区，计时起 始点两边分别有一个长100mm黑色计时起始线， 100mm黑色计时起始线 始点两边分别有一个长100mm黑色计时起始线， 赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者 比赛结束时刻。 比赛结束时刻。
天津工业大学方案
方案二：双排布局
五、转向控制和速度控制 ① 转向控制
② 速度控制
② 速度控制
4.3 基于摄像头的道路识别与控制
一、两种方案的比较
路径识别方法 优点 缺点 1.道路参数检测精度低、 种类少 2.检测前瞻距离短 3.耗电量大 4.占用MCU端口资源多 5.容易受到外界光线影响 1.电路设计相对复杂 2.检测信息更新速度慢 3.软件处理数据多 红外光电管传 1.电路设计相对简单 感器方案 2.检测信息速度快 3.成本低
1 0 u0 Xw u dX f 0 0 0 1 v = 0 0 f 0 0 R t Y wБайду номын сангаас s v0 0T 1 Z dY w 1 0 0 1 0 0 1 0 1 Xw α x 0 u0 0 R t Yw = 0 α y v0 0 T = M1M 2 X w = MX w Zw 0 1 0 0 1 0 1
摄像机坐标系与世界坐标系
② 针孔成像模型
fx X= z Y = fy z
x x X f 0 0 0 Y = 0 f 0 0 y = P y s z z 1 0 0 1 0 1 1
摄像头传感器 1.检测前瞻距离远 方案 2.检测范围宽 3.检测道路参数多 4. 占用MCU端口资源 少
二、摄像机的安装
三、道路分割
假设一幅灰度图像表示为I=f（x，y），x、y为某像素点 的横、纵坐标，I为该像素点的灰度值。则二值化算法如下 ： 1, f ( x , y ) ≥θ 0, f ( x , y ) <θ
2
ˆ F = min ∑ mi − mi
i
ˆ mi =
1 h3 M i
h1 M i h2 M i
透视校正
% % ρ M = H −1m