平衡车创新实验—王同

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1、十阂兀砂丈琴（华东）CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM创新实验（平衡组智能车设计）班级：自动化1204学号：12051405姓名：王同2015年3月14日基于图像处理的平衡组智能车算法设计方向控制和特殊赛道的图像处理和识别1•方向的PD控制方向的PD控制!中心线!车模转动转£仪模瀝螺午动陀图十转向控制框图方向控制算法根据车模检测到中心线来生成屯机差动控制量。通过左右电机速度并驱动车模转向消除车模距离道路中心的偏并。通过调整车模的方向，再加上车前行运动，可以逐步消除车模距离屮心线的距离差别。这个过

2、程是一个积分过程，因此车模差动控制一般只需要进行简单的比例控制就可以完成车模方向控制。但是由于车模本身安装有电池等比较重的物体，具有很大的转动惯量，在调整过程中会出现车模转向过冲现象，如果不加以抑制，会使得车模冲出赛道。根据前面角度和速度控制的经验，为了消除车模方向控制中的过冲，需要增加微分控制。2•特殊赛道的图像处理和识别为了提高程序的调试速度和质量，本文采用先在Matlab+仿真，再移植到单片机的方法。极大的提高了编程的质量，降低了调试的难度。(1)虚线赛道或十字赛道在赛道中的小S弯道上会出现虚线赛道，由于黑

3、色引导线变为间断的边线,会对双边线的采集造成影响。木文采用补虚线的方法使赛道边线变得连续。⑸而I•字交叉赛道会出现大面积的空白行，造成边线的小断，本文同样采用补虚线的方法使赛道边线变得连续。以右边沿为例，假设红的为有效边沿，蓝色的为无效边沿，具体的思路如下:i・从近处向远处搜索，用边沿检测的方法找到一个有效边沿变为无效边沿的行，记露下这个行号和对应边沿的位置。继续搜索下一个无效边沿变为有效边沿的行，记录下这个行号和对应边沿的位置。作出这两点之间的直线，根据行号，算出对应行的边沿位置。ii.如果最先搜到的是一个无效

4、沿变为有效边沿的行，记录下这个行号和对应边沿的位置。选取最近4个有效边沿的坐标，用最小二乘法拟合直线，根据行号向下补全对应行的边沿位置。iii.如果最先搜到的是一个有效沿变为无效边沿的行，而且向上再也找不到无效沿变为有效边沿的行，则记录下这个行号和对应边沿的位置。选取最近4个有效边沿的坐标，用最小二乘法拟合直线，根据行号向上补全对应边沿的位置。50n30108010060E^CViewifHtrlTochOtikxopSlndow▼□did丄a0■□newbXtOM：d<4bfui^no&&nk&Qlds况QPi

5、nvi&n4535301510°0AleEddViewInsertDesktopMndgKelp2520:JcJPd4・a0B«OQNotervrwt&olb«rbvttoni：dat®bnnhw&linkedgloti二么Pliyvidg50100图3-9十字赛道原始图像以及十字赛道边沿和屮心线提取图像图3-10小S虚线赛道原始图像以及小S虚线赛道边沿和中心线提取图像(1)急弯赛道智能车进入急转弯时，由于前瞻较大会丢失近2/3的赛道图像，而且摄像头只能捕捉到赛道的外边线，无法捕捉到赛道的内边线。在搜索两个边线时

6、，很可能发牛冲突，把外侧线的一部分当做内侧线。这对赛道边沿和屮心线的提取都造成了很大困难。本文通过计算有效边沿的斜率和近处有效边沿点的数量，成功的识别出急转弯，对图像作出了正确的修正。具体思路如下:i.用最小二乘法计算出近处有效边沿的斜率，再加上近处13行左右边沿有效点的数量，作为急转弯的判断条件。ii.当左边沿冇效点要远多于右边沿冇效点时，说明智能车在向右转弯，计算左边沿近处有效边沿的斜率，如果很大，则说明是一个向右的急弯。将图像所有行的右边沿坐标都设为图像最右边，左边沿的无效行处标也都设为图像最右边。iii•

7、当右边沿冇效点要远多于左边沿冇效点时，说明智能车在向左转弯，计算右边沿近处有效边沿的斜率，如果很大，则说明是一个向左的急弯。将图像所有行的左边沿处标都设为图像最左边，左边沿的无效行处标也都设为图像最左边。图3-11急弯原始图像以及急弯赛道边沿和屮心线提取图像(1)起跑线比赛规则要求毎辆赛车必须在起跑线后一米的起跑区内发车，在赛道上跑一圈，以计时起始线为计时点，跑完一圈后赛车需要自动停止在起始线Z后三米Z内的赛道内，如果没有停止在规定的区域内，比赛计时成绩增加1秒。为了满足比赛要求，提高比赛成绩，本文必须要对起跑线

8、进行识别。起跑线的识别主要考虑到赛道的类型、有效行数等前提条件，如果该赛道类型为直道时，且其它前提条件也均满足的情况下。本文进行起跑线特征点提取。如果提取特征也满足起跑线的特征，即可以将其判断为起跑线。图3-12起跑线图像具体思路如下：i.发车10秒后开始识别起跑线，防止刚发车就停车。ii.如果检测到起跑线延迟几百毫秒开始刹车，刹车后不再识别起跑线，但舵机正常工作。用比较