基于起跑線識(shí)別算法的研究

1、基于起跑線識(shí)別算法的研究摘要：按照本屆智能車比賽的競(jìng)賽規(guī)則，比賽車輛在跑道上完成一圈比賽，以起始線為計(jì)時(shí)點(diǎn)，跑完一圈之后，賽車需要在通過(guò)起始線后三米范圍內(nèi)自動(dòng)停止。如果沒(méi)有停止在規(guī)定的范圍內(nèi)，比賽成績(jī)時(shí)間增加1 秒。在比賽中，一秒的時(shí)間對(duì)比賽成績(jī)的高低至關(guān)重要，所以一個(gè)準(zhǔn)確的起跑線識(shí)別算法就顯得必不可少。本文主要論述了三種起跑線識(shí)別的思路，在實(shí)驗(yàn)比較的基礎(chǔ)上，給出了一種起跑線識(shí)別的算法。實(shí)踐證明，該算法對(duì)起跑線的識(shí)別是行之有效的。關(guān)鍵詞：飛思卡爾智能車；起跑線；模式識(shí)別概述按照第四屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”智能車大賽比賽規(guī)則要求：每輛賽車在賽道上跑一圈，以計(jì)時(shí)起始線為計(jì)時(shí)點(diǎn)，跑完一圈后賽車需要自

2、動(dòng)在起始線之后三米的賽道內(nèi)，如果沒(méi)有停止在規(guī)定的范圍內(nèi)，比賽成績(jī)時(shí)間增加 1 秒 。本文主要給出了幾種起跑線識(shí)別的算法，并且做了相應(yīng)的對(duì)比。2 起跑線特征的分析要能夠準(zhǔn)確的識(shí)別起跑線那么我們首先要能夠分析出是跑線的特征，并且抓住最主要的特征，也就是他不同于賽道其它的地方。圖1是標(biāo)準(zhǔn)的起跑線賽道有一個(gè)長(zhǎng)為1米的出發(fā)區(qū)，如圖1所示，計(jì)時(shí)起始點(diǎn)兩邊分別有一個(gè)長(zhǎng)度10厘米黑色計(jì)時(shí)起始線，賽車前端通過(guò)起始線作為比賽計(jì)時(shí)開(kāi)始或者結(jié)束時(shí)刻。由上可知，起跑線前后最少有1m 的直道，有兩條10cm 的黑道，并且他與黑色引導(dǎo)線的距離為4.5cm，最后是起跑線不會(huì)出現(xiàn)在窄道區(qū)域。有了上面對(duì)起跑線的特征的分析我們就可

3、以對(duì)起跑線進(jìn)行識(shí)別。3 起跑線識(shí)別算法由于今年的比賽新增了賽車必須在起始線后三米內(nèi)停下的規(guī)則，這就要求賽 .必須具有穩(wěn)定可靠提取起始線作為停車標(biāo)志的功能。 提取起始線的難點(diǎn)在于高速?zèng)_過(guò)起跑線的時(shí)候，起跑線的漏檢問(wèn)題；車沒(méi)有正對(duì)起跑線時(shí)候，起跑線的無(wú)識(shí)別問(wèn)題，十字交叉的干擾問(wèn)題，黑色三角區(qū)域的干擾問(wèn)題，以及其他的一些不確定因素。起跑線的識(shí)別第三屆的參賽隊(duì)伍提供了許多不同的方案，比如添加光電管識(shí)別起跑線，數(shù)黑點(diǎn)法，三段黑線法，兩段黑線加一段白線法等等。我們主要參考上屆的方案，并且對(duì)他們做了對(duì)比和綜合，最終提出了自己的起跑線識(shí)別方法。方案一：光電識(shí)別法添加光電管識(shí)別起跑線，首先要依據(jù)起跑線的特征對(duì)光

4、電管的布局做分析，我們可以安裝5個(gè)光電管，黑線中間一個(gè)，中間4.5cm 處各一個(gè)，長(zhǎng)10cm 黑線處兩邊各一個(gè)。然后就讀取光電管的狀態(tài)。首先我們考慮車直接正著沖過(guò)起跑線的時(shí)候，那么光電管的狀態(tài)為最兩側(cè)和中間為低電平，中間為高電平。這種情況相對(duì)而言較簡(jiǎn)單。當(dāng)車斜著通過(guò)起跑線的時(shí)候，按照上述思想就很難識(shí)別出起跑線。那么我們可以對(duì)判定起跑線的條件相應(yīng)的放寬一些，當(dāng)車斜著通過(guò)起跑線的時(shí)候，光電管中只要有間隔的兩個(gè)為高電平，剩下的三個(gè)位低電平，這時(shí)候就判斷是起跑線。因?yàn)楫?dāng)車通過(guò)十字交叉的時(shí)候，不可能出現(xiàn) 低 高 低這樣的狀態(tài)。方案總結(jié)：這種方法要求額外的增加光電管，這樣就對(duì)整個(gè)電路的負(fù)擔(dān)加重而且識(shí)別難度

5、較大，優(yōu)點(diǎn)是算法較簡(jiǎn)單。方案二：三段黑線這種方法的主要思想是利用采集到數(shù)據(jù)提取跳變，因?yàn)槠鹋芫€從左到右有白 黑 白 黑 白 黑 白 那么他相應(yīng)的就有從左到右三段黑線，從右到左也為三段黑線，只要檢測(cè)到三次這樣的跳變就判斷他是起跑線。但是這只是最理想的情況下的狀態(tài)，當(dāng)車在告訴運(yùn)行的時(shí)候不可能這么完美的檢測(cè)出這樣的跳變次數(shù)，而且在光線不好的時(shí)候十字交叉也容易出現(xiàn)這樣的跳變。所以就要對(duì)這種理想的情況做一些改變。首先考慮，車未能正對(duì)著起跑線的時(shí)候，那么他一行內(nèi)就沒(méi)有三次跳變，可能三段黑線錯(cuò)行出現(xiàn)，或者少了一段黑線等等。其次考慮圖像采集出現(xiàn)干擾的時(shí)候，比如在十字交叉時(shí)出現(xiàn)三段黑線。我們首先討論第一個(gè)問(wèn)題，

6、車未能正對(duì)著起跑線的情況。當(dāng)出現(xiàn)黑線錯(cuò)行的時(shí)候，我們就判斷他下一行是否上一行有未檢測(cè)到的這段黑線，如果有就判斷是起跑線，如果沒(méi)有就不是，這個(gè)問(wèn)題相對(duì)而言容易解決。最主要的是車在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候出現(xiàn)干擾十字交叉時(shí)候也可能出現(xiàn)這樣的情況，再十字交叉的時(shí)候我們可以考慮添加相對(duì)應(yīng)的判斷條件，比如相應(yīng)的黑點(diǎn)個(gè)數(shù)，在十字交叉的時(shí)候黑點(diǎn)一般都很大，接近于采集的列數(shù)。方案總結(jié)：這種方法相對(duì)于方案一來(lái)說(shuō)容易實(shí)現(xiàn)些，而且識(shí)別正確率有了很大的提高，但是對(duì)算法的要求高，無(wú)識(shí)別率中等。方案三：特征提取法前面的方案都沒(méi)有最準(zhǔn)確的體現(xiàn)出起跑線的最主要特征，起跑線區(qū)別于十字交叉和別的干擾的最主要特征應(yīng)該是由左側(cè)段黑線到中間黑線的跳

7、變，和中間黑線到右側(cè)黑線的跳變，如圖2應(yīng)為在正常的情況下，黑線的跳變次數(shù)為左右各一次。那么我們就在檢測(cè)到跳變次數(shù)大于一的時(shí)候檢測(cè)起跑線，而且在車出發(fā)5s 后在檢測(cè)起跑線。步驟如下：1 系統(tǒng)時(shí)間是否達(dá)到起跑線檢測(cè)時(shí)間2 檢測(cè)是否為直道3 判斷跳變的次數(shù)是否達(dá)到檢測(cè)要求4 從中心向兩側(cè)確定中間那段白線5 對(duì)白線的寬度做進(jìn)一步的要求具體如下：因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)說(shuō)過(guò)起跑線的在直道上，彎道不可能出現(xiàn)起跑線，所以我們就檢測(cè)賽道是否為直道，在彎道上不檢測(cè)。在車開(kāi)始5s 內(nèi)不可能出現(xiàn)起跑線，我們?cè)?s 內(nèi)也不檢測(cè)起跑線，然后當(dāng)他的跳變次數(shù)超過(guò)1的時(shí)候，我們就從黑線的中心位置向兩側(cè)搜索另外一條黑線，并且記錄這兩次搜索

8、的距離，這個(gè)距離應(yīng)該左右大致相等，并且距離有個(gè)上限和下限。當(dāng)達(dá)到這些條件的時(shí)候我們就認(rèn)為他確定是起跑線。源代碼如下/判斷停車，if(r=42) /判斷是否為直道if(system_time>stop_time)/判斷時(shí)間 if(start_flag1>=2)&&(start_flag2>=2)/首先判斷跳變次數(shù)for(ii=Line_Centeri-1;ii>0;ii-) /確定邊緣if (uca_Buffer1iii-uca_Buffer1iii-1>0)l0=ii;break;for(ii=Line_Centeri-1;ii<85;ii+

9、) /確定邊緣if (uca_Buffer1iii-uca_Buffer1iii-1<0)l1=ii;break;for(ii=Line_Centeri-1;ii>0;ii-) /確定邊緣if (uca_Buffer1iii-uca_Buffer1iii-1<0)l2=ii;break;for(ii=Line_Centeri-1;ii<85;ii+) /確定邊緣if (uca_Buffer1iii-uca_Buffer1iii-1>0)l3=ii;break;if(Line_Centeri-1-l0<25)&&(l1-Line_Centeri

10、-1<25)&&(2*Line_Centeri-1-l0-l1)<5)對(duì)邊緣寬度的限定/if(Line_Centeri-1-l0>5)&&(l1-Line_Centeri-1>5)/&&(2*Line_Centeri-1-l0-l1)>=0)if(l3-l2>3)&&(l3-l2<12)stop+;if(stop>=1)delay(150);PWMDTY2=OFF;PWMDTY3=OFF;STOPED=ON;/條件滿足停車方案總結(jié)：本方案識(shí)別起跑線相對(duì)于前面兩種來(lái)說(shuō)，方案簡(jiǎn)單，特征明確，并且準(zhǔn)確率