恩智浦杯智能车竞赛，“步步为营”后记

NXP管管

一年一度的恩智浦杯全国大学生智能汽车竞赛，日前在山东大学（威海）落下帷幕，作为前参赛队员，在本次大赛中受邀担任步步为营直播解说。
想来把解说过程中精彩的比赛，巧妙的策略以及成功失败的经验记录下来，也是趣事一件，便也就有了这篇推文。


车模的控制


闲话少叙书归正传。 大部分的参赛学校将车模的控制分成了两个部分，控制决策和运动控制。控制决策是将摄像头采集的信息进行处理，由于在处理过程中要进行遍历以获取最优解，需要高强度的运算。所以很多队伍使用了i.MX6Q或者i.MX8M作为控制决策的处理器。

i.MX 8M评估板

得出最优解之后，需要进行车模的运动控制，MCU实时性高的特点也很适合进行运动控制，本主播发现大多数队伍使用的是Kinetis系列中的K60微控制器（还真是深入人心的一款MCU啊）。

图像采集


再看图像采集部分，也是百花齐放百家争鸣。

一些队伍很暴力的使用了多个OPENMV-RT视觉模块（似乎最多的用到了6个视觉模块），实现多角度的图形采集，Tag定位以及运动定位；也有使用摄像头摇头技术（啊，好久没有见过这项技术的应用了，上次见到还是第七届的比赛）完成上述功能；也有哈尔滨工业大学的同学只用了2个摄像头便完成了棋盘局势分布的图像采集工作。

OpenMV-RT 视觉模块

不同的方案有不同的优势，选择适合自己的就好。
但是在比赛现场，使用多个摄像头的方案也许不是最佳的选择，每次比赛都需要连接电脑IDE对摄像头的阈值进行调节，该过程比较繁琐，也需要耗费较长的时间。也许在明年的竞赛中，可以开发出自动阈值调节的算法，就可以省去现场手动阈值调节的环节。

小车循迹


在步步为营的比赛中，准确的将棋子搬到指定的格子里，便离不开循迹技术。红外对管循迹，辅助摄像头循迹都是较为普遍的方案。
红外对管寻迹的特点是数据量小，处理算法简单，但车模的速度会相对较慢；摄像头寻迹则数据量较大，处理算法相对复杂，但是车模可以在寻迹过程中以较快的速度运行。



颜色相对单一的棋盘上，使用普通的黑白摄像头即可很好的做到寻迹。与此同时，摄像头的帧率也很重要，首先在高速运行中，如果帧率不够就会造成拖影的情况出现（印象中常规组别2.5m/s以上就要考虑拖影的影响了）。其次，帧率最好是50Hz的整数倍，或者是25FPS。因为在灯光条件下，灯光按照交流电的50Hz进行闪烁，获取的图像就会有明暗交替的条纹（在室内灯光下打开手机摄像头即可看到灯光闪烁产生的条纹），就有可能对后续图像分析和定位算法造成干扰。

拖影与全局快门示意图

现场与参赛的队员的交流中，有参赛队伍使用xx风摄像头进行循迹和辅助定位，并且做出了高度评价。
经过查阅资料发现，这款摄像头是一款黑白高速全局快门摄像头，说明该组同学也充分考虑了拖影和灯光闪烁造成的影响。也有来自哈尔滨工业大学的参赛队伍，使用的是市面上常见的USB摄像头进行图像采集，辅以i.MX8M的强悍算力，也完成了较好的图像采集和精准定位。


印象最深



在整场的比赛中，印象最深的队伍还是哈尔滨工业大学的紫丁香八队。

哈尔滨工业大学与北华大学的巅峰对决

（找找笔者在哪里？）

为什么说印象最深呢，还听我细细道来。


首先，他们五位参赛队员都是大二，但是选用了算力强劲的i.MX 8M处理器（NXP这两年最新推出的处理器）。这款处理器因为刚刚推出，因此相对i.MX 6Q中文资料少，并且不好找，扪心自问本主播在大二的时候用i.MX8？不敢想不敢想。


其次，他们仅使用了4个常见的USB摄像头，先识别出apriltag所代表的数字，然后根据OpenCV库函数返回的欧拉角，再结合车体与摄像头的尺寸计算出车所在的位置，便完成了棋盘信息采集，精确寻迹定位的功能。


接着，他们的棋子分布局势扫描方法也与众不同，常规的队伍需要在计时开始后车模进入棋盘对棋子的分布进行扫描，哈工大的参赛队伍在出发位置，即可通过摄像头完成棋子分布的扫描，最最厉害的是，还可以计算出最佳出发点以减少比赛用时。


他们还使用HDMI接口外接了一个显示屏，再配上鼠标键盘，就可以调整参数和调试车模，真的是高效快捷。

哈工大紫丁香八队车模

一点小建议


关于比赛规则，也有一点小建议。


北华大学和华中科技大学进行对弈时，双方你来我往，用尽了所有的障碍后没有任何一方成功在耗尽比赛时间之前推塔成功。按照现有规则，判定用时少的一方获胜。


此时华科的同学指出，他们最多只需要5步就可以推塔成功，而对方还需要10步。认为单纯的依靠时间决定胜负并不是非常的公平，也应该考虑对弈过程中的决策的优劣。


因此在后续的竞赛中，时间耗尽后如果可以把剩余步数这一因素考虑进去，也许是一个更加客观评判的方法。例如按照一步5s的时间，把双方的步数时间与用时相加得到最终的用时时间。

结束语


一届又一届的智能车比赛，培养了数以万计的大学生参与到这项工程实践竞赛中来。除去那一纸奖状，在这个过程中积累下来的知识与技能，锻炼出面对挑战时的自信和勇气，更是一笔宝贵的财富。



当然，这数以万计的大学生中，也包含一个我。回想起那几年的日日夜夜，看惯了凌晨的紫金山，感受过了假期清冷的校园，还有什么问题是可以难倒我们的？

作者：加油站站长　　　　　文章出处：恩智浦MCU加油站

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顶你们！！！！

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