第二章 路径识别方案论证
路径识别模块是智能车系统的关键功能之一。路径识别方案的好坏，直接关系到整体性能的优劣。以下对路径识别的几种方案作简单介绍，并分析和比较各方案的优缺点，最后提出一种改进的设计方案：以采用面阵CMOS摄像头图像传感器作为识别策略，辅以改进的采集处理方法，为处理器提供准确的路况信息。
2.1 路径识别的方案设计论证
方案一：基于光电传感器阵列的智能控制
光电传感器的排列方法、个数、彼此之间的间隔都与控制方法密切相关。但一般的认识是：在不受到外部因素影响的前提下，能够感知前方的距离越远，行驶效率越高。
由于光电传感器电路板不可能伸出车体太远，因此大多制作者调整了光电传感器电路板与地面的夹角，使光电传感器可以感知更远一点的跑道情况。
图2.1、图2.2是两种典型的光电循迹方案。图2.1中模型车采用了8对光电传感器且分布得较宽，图2.2中模型车只采用了3对光电传感器，放置在向外伸出的小电路板上，探测的范围较小。具体何种方案合适，与光电传感器扫描前方的距离和宽度以及控制策略密切相关。
在光电循迹方案中，为了得到质量较高的接收信号，一般还附加了由电阻、电容组成的RC高通滤波器。这样就能够一定程度上避免由外部光线因素引起的路线识别不正确问题。有的模型车设计的传感器离地面较远，为了能够接收更多的从发光传感器反射过来的光线，也有使用凸透镜的情况。
基于反射式红外传感器的光电传感器阵列的路径检测方法具有较高的可靠性与稳定性，信息更新速度快且易于单片机处理。但是它易受环境光线干扰，而且存在着检测距离近的问题，硬件电路复杂。为了获得远方的信息需要将传感器伸得尽可能远，从而增加了车体高速行驶时的转动惯量，限制了智能车的最高速度。
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图2.1 光电传感器方案（8对） 图2.2 光电传感器方案（3对） |
基于线阵CCD传感器的路径检测方法具有探测距离远（后文将这种前方探测距离称为“前瞻”）的优势，能够尽可能早地感知前方路径信息并进行预判断，实现提前减速过弯。而且这样还能够提高转弯的最高速度。同时还可以结合利用单片机内部的A/D，在小车前方虚拟出24个光电传感器。采用单一传感器，硬件结构简单且高速运行时转动惯量小，从而增加了小车的最高速度。这样不仅能克服传统光电传感器的缺点，又能够精确地感知黑色引导线的位置，为智能车的稳定运行提供保障。但是，在调研过程中我们发现这种线阵摄像头在市场上很少，不易购买。
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图2.3 使用面阵CMOS摄像头传感器的智能车 |
基于黑白面阵CMOS摄像头传感器的路径检测方法具有以上两种方案的所有优点，同时面阵CMOS摄像头输出的是复合视频信号，采集到的信息将是前方整个一幅图像。利用S12单片机内部的A/D转换器，并配合从视频信号分离出的同步信号，该单片机可以直接将图像信号采集到其内部的RAM中，然后通过软件对图像信息进行处理。这样不仅可以识别道路的中心位置，同时还可以得到赛道的方向、赛道的曲率等信息。这样可以有效地对车模进行运动控制，提高车模路径跟踪速度和运行速度。但是面阵CMOS摄像头的延迟比较大（20ms），因此对信息的采集和处理有一定的约束。
综合以上分析，为了更多的获得路况信息和取得大的前瞻，本设计选择方案三，并对其进行了改进。
