基于单目视觉的目标物测量装置
一个高精度、低功耗的嵌入式系统方案，旨在应对2025年全国大学生电子设计竞赛C题的挑战，实现仅靠单个摄像头完成对目标距离与尺寸的精确测量。
≤ 2cm
距离D测量误差
≤ 0.5cm
尺寸x测量误差
< 5s
单次测量用时
方案总览
挑战与约束
本项目的核心挑战是在严格的限制条件下，设计一套纯视觉测量系统。所有图像处理和计算必须在资源受限的嵌入式微控制器上实时完成，这对算法效率、硬件性能和功耗管理提出了极高的要求。
系统架构
核心技术剖析
处理核心选型对比
为满足复杂的实时图像处理需求，MCU的选择至关重要。STM32H7系列凭借其强大的计算性能、专用的DCMI摄像头接口和丰富的外设，成为本方案的最优选择。
| 特性 | STM32H743 (选用) | ESP32-S3 | Kendryte K210 |
|---|---|---|---|
| 核心架构 | ARM Cortex-M7 | Tensilica LX7 | RISC-V 64-bit |
| 最高主频 | 480 MHz | 240 MHz | 400 MHz |
| 摄像头接口 | DCMI (并行) | I2S/SPI | DVP (并行) |
| 片上SRAM | > 1MB | 512 KB | 8 MB |
| ADC性能 | 3 x 16-bit | 2 x 12-bit | 无内置 |
硬件设计亮点
MCU核心单元
围绕STM32H743构建，包含最小系统、时钟、调试接口，并为DCMI、SPI等高速外设提供优化布线。
高精度电流检测电路
自主设计的核心模块。采用高侧差分放大拓扑和零漂移运算放大器，克服了低电流下失调电压带来的巨大误差，确保在全量程内达到≤5%的相对误差要求。
视觉与显示子系统
选用低畸变的OV系列DCMI摄像头模组和SPI接口的TFT-LCD，在成像质量、数据吞吐率和MCU资源占用之间取得了最佳平衡。
软件算法流程
主处理流水线
高级任务：倾斜目标测量
当目标物倾斜时，透视效应会严重影响测量精度。我们采用四点透视变换算法，通过寻找A4纸的四个角点，计算单应性矩阵，从而将倾斜的图像“校正”为正视图像，再进行精确测量。点击下方按钮，体验校正效果。
当前状态：倾斜图像 (测量不准)
性能验证与误差分析
我们搭建了严格的测试平台，对不同距离、不同目标下的测量精度进行了系统性验证。下图展示了部分典型测试用例的测量误差，所有结果均满足甚至优于发挥部分的精度要求。