本帖最后由 fbhsy 于 2016-1-23 19:35 编辑
继上一篇“线性CCD选型、应用浅析贴”后再来聊聊自己对于智能车摄像头的一些浅薄认识。（老规矩，楼下附上样车视频）
第一步还是回到比赛规则，基于第十一届规则的变化，能使用摄像头传感器的组别包含信标组，双车组，当然还有摄像头组，对于赛道黑白信息来说，摄像头作为采集赛道信息的传感器，无疑是一个较好的选择，信息量大，当然也就伴随着处理难度的增加，当然对于自身的锻炼也更多一些。任何小白在通往技术宅的道路上，过程越艰辛，往往更能锻炼人。这个过程中自己做的东西越多，自己学到的东西就更多。比如远近闻名的中南顺暗----朱葛俊 大神，看了他的大学经历只能默默怨恨自己的大学还不够努力，涉猎之广泛，做过的东西之多，以及每一方面达到的深度都令人不敢相信这是一个本科生能做到的，但大神就是大神，表示佩服，车友们可以多学学这种敬业的探究精神，不仅仅是做智能车，这种精神普适于任何一个领域。
扯远了，还是回到摄像头，关于摄像头的选型可算是被讨论烂了的一个话题，不计其数的人问过是选CCD好还是CMOS好，选模拟的好还是数字的好。CCD和CMOS在制造上的主要区别主要是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称为金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别，都是利用感光二极管（photodiode）进行光电转换，这种转换的原理与太阳能电子计算机的太阳能电池效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱。根据此原理将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。比较CCD和CMOS的结构，ADC（数模转换器）的位置和数量是最大的不同。CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至CCD边缘的放大器进行放大，再串联ADC输出；而CMOS的设计中每个像素旁边都直接连着ADC，电荷信号直接放大并转换成数字信号。造成这种差异的原因在于CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个像素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个像素的数据。随着CMOS电路消噪技术的不断发展，制造工艺的提高，CMOS的性能已经与CCD相差无几。（此段原理分析摘自网络）
但直接把这种对比分析、讨论放在智能车摄像头选择标准上是不合适的，因为单单把摄像头芯片剥离出来对比优劣并不科学，正确的打开方式应该结合智能车应用的特点，结合赛道元素，结合车模的运动特征来分析。大致概括为以下几点仅供参考： 2、镜头：镜头直接决定了摄像头的视场大小，透光性，像素大小，畸变量等，还有一个不能忽略的是要和传感器靶面大小匹配，1/3靶面尺寸的镜头适配1/3靶面大小的摄像头芯片，1/4靶面尺寸的镜头就要适配1/4靶面大小的摄像头芯片，目前流行的用于智能车的摄像头芯片基本就是这两种尺寸，同时要选择自己喜欢的视场大小，是90°、120°还是140°甚至170°，这都要根据摄像头是用在什么组别再加上个人的理论立场。畸变量越小越好，光圈2.0-2.5左右都行，像素清晰度基本都能满足，黑白分明的赛道信息对分辨率要求不高，但均匀性要好。 3、摄像头芯片：智能车竞赛最讲究的是摄像头的动态特性，需要拍高速运动的赛道（以摄像头为参照，相当于赛道在运动）。需要对光线适应性好。所以用于智能车最应考虑的特点包括快门方式（也就是其曝光方式）和动态范围（指输出图像的最亮和最暗部分之间的相对比值），数据采集周期，分辨率，感光靶面大小，这些因素都应该考虑进来，至于是彩色还是黑白不必纠结，因为智能车赛道信息只有黑和白（蓝色背景布或其他深色背景布的灰度值几乎与黑色无异，比黑色大一点点）。关于模拟和数字之争就基本没必要了，在历届竞赛里有模拟摄像头称王，也有数字摄像头问鼎，只要能满足智能车应用的需求，这两种都够用。CCD 和 CMOS亦是同样的道理，两者皆有高性能芯片可供选择。
接下来聊聊关于摄像头的应用：（注意：前方有广告植入）
摄像头样车应用以“逐飞科技”研发的“总钻风数字摄像头” 为基础展开，先分析下总钻风摄像头的特点： 该摄像头基于MT9V032芯片制作，相信应该有不少车友听说过镁光生产的这一系列的摄像头芯片（包括MT9V022、MT9V034等），其全局快门和高动态性能的特点非常适合用于智能车竞赛。 先讲讲它的快门方式，常见的电子快门的方式有Global shutter（全局快门） 和 rolling shutter（卷帘式快门）两种，全局快门是通过整幅图片在同一时间曝光实现的。传感器的所有像素点同时收集光线，同时曝光。当预设的曝光时间到了，传感器停止收集光线，并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中，并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候，传感器开始收集光线；在曝光结束的时候，光线收集电路被切断，传感器读出值即为一副图片。 卷帘式快门与全局快门不同，它是通过控制芯片逐行曝光的方式实现的。卷帘式快门也没有实际意义上的快门，而是通过通断电控制传感器，使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同。逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在很短的时间内完成，一般情况为1/48至1/60秒。需要注意的是，卷帘式快门采用的是逐行曝光的方式。假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。卷帘式快门是逐行顺序曝光，所以不适合运动物体的拍摄。当采用全局快门方式曝光时，所有像素在同一时刻曝光，类似于将运动物体冻结了，所以适合拍摄快速运动的物体。但是全局快门可能出现像糊现象。像糊现象出现与否取决于曝光时间的长短。假如曝光时间过长，且物体运动过快则会出现像糊；假如曝光时间很短，类似于运动物体在瞬间被冻结了，则少有模糊。 再就是它的高动态范围（DynamicRange）达到了90dB+，一般CMOS约60 dB，其高动态范围通过CMOS图像传感器的多斜率曝光实现。
总钻风数字摄像头的一些其他特点大致概括如下： 1、无需驱动：总钻风摄像头内部集成了驱动配置芯片，所以用户不需自己配置摄像头，可直接采集数据应用； 2、FPS可调：软件可调FPS，总钻风摄像头可在50帧、60帧、75帧、100帧、150帧切换，重要的是在各种帧率下图像皆很稳定。并且还可以更高，只不过考虑到智能车也不需要太高，够用就好； 3、自动曝光：总钻风摄像头具有自动曝光功能，当环境变亮摄像头会自动减小曝光时间，当环境变暗摄像头会自动增加曝光时间。所以此款摄像头可以适应不同环境。在光线不均匀的环境中中建议开启该功能。如现场光线非常均匀，也可自己固定曝光时间，当摄像头是固定曝光时间的时候，采集到图像较亮（曝光过度）时，可以通过程序去调节曝光时间，使得图像不那么亮，反之亦然。 4、可以实现二值化：简单处理即可实现二值化效果，用户可以只取数据位的高一位，当高一位为1是为白，否则为黑，即可实现二值化！配合自动曝光即可实现动态阀值的二值化。但这么好性能的摄像头选择二值化有点浪费，建议还是使用灰度值。
样车例程采用DMA采集摄像头数据，无需行中断控制时序，场中断开始采集，采集完成之后给出DMA中断，整幅图像采集只需要中断两次，搜线采用跟踪边缘算法。丢线时按照斜率补线（弯入十字补线和直入十字补线图片在8楼）。找到边界之后算出中心线，中心线乘上对应的权然后相加用于控制舵机。具体怎么操作可以参考逐飞科技的入门例程。
楼下附上逐飞科技总钻风摄像头样车视频，和一些摄像头性能说明图及样车图，此款摄像头用于双车组、摄像头组，信标组都是上佳选择，信标组只需要更换镜头即可（所有的摄像头都是这个道理，更换镜头就可用于信标组），同时已整理出样车整车机械及电子器件清单，可参照清单、原理图、例程做一辆正真先跑起来的车看看效果，想要取得好成绩还得自己发挥，对于智能车，只有真爱才能取得更长足的进步，我们提供的不是捷径，而是基础的参考，装逼还得靠自己。
对规则不明了的到官网下载相关文档，多看几遍规则！ 对智能车还不知从何下手的多看看技术报告，多逛逛此论坛，基础知识欠缺的多看看书！ 最后提前祝车友们春节快乐！
依旧附上逐飞科技座右铭分享给大家：永远不要轻视行动的力量！
逐飞科技技术贴链接：
本文由“逐飞科技”编辑整理，大神轻拍，欢迎交流，愿智能车世界更美好！
摄像头样车，先睹为快。。。
补充内容 (2016-1-25 09:16):
补一个：逐飞科技__智能车部落 179029047 | 
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发表于 2016-1-23 18:50:33
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