2025 电赛 C 题完整通关攻略：从单目标定到 2 cm 测距精度的全流程实战

摘要
2025 年全国大学生电子设计竞赛 C 题要求“仅用一颗固定摄像头”在 5 s 内完成 100 cm~200 cm 距离、误差 ≤2 cm 的单目测距，并实时显示功耗。本文整合国一选手方案、CSDN 高分博文、B 站实测视频及官方说明，给出从硬件选型→离线标定→在线算法→功耗优化→现场调试的完整工程指南

一、赛题纵览：为什么 2 cm 精度这么难？

二、系统架构总览

功能分离式设计，已被多支国一队验证

三、离线标定：误差预算的第一步

3.1 相机内参标定（张正友法）

• 棋盘格：9×7 方格，单格 35 mm，打印 A3 哑光相纸
• OpenCV 一键脚本

import cv2, glob, numpy as np
objp = np.zeros((9*7,3), np.float32)
objp[:,:2] = np.mgrid[0:9,0:7].T.reshape(-1,2)*35   # 35 mm
images = glob.glob('calib/*.jpg')
# 自动检测角点 → calibrateCamera

• 结果
  • 重投影误差 0.36 px
  • 焦距 fx=1572 px，fy=1570 px，主点 (cx,cy)=(640,360)
  • k1=-0.38，k2=0.12，p1=0.001，p2=-0.002

误差折算：0.36 px @200 cm ≈ 1.1 cm，为后续算法留足余量。

3.2 外参 & 基准线标定

• 基准线：在 100 cm 处贴一条 2 cm 宽黑线，用激光测距仪标定真实距离 L₀=100.0 cm
• 俯仰角 θ：利用 IMU 或量角器测得 12.4°，写入 EEPROM，开机加载。

四、在线算法：5 s 内跑完 PnP+RANSAC

4.1 图像预处理（耗时 3 ms）

img = sensor.snapshot().lens_corr(strength=1.8, zoom=1.0)  # 畸变 LUT
img.binary([THRESHOLD])                                   # 自适应阈值
img.erode(1).dilate(1)                                    # 去噪

4.2 特征提取与匹配

• 轮廓检测：find_contours → approxPolyDP
• 形状判别

• 亚像素角点
  调用 cornerSubPix 提升角点精度至 0.1 px，关键！

4.3 PnP 解算（耗时 8 ms）

• 世界坐标：以 A4 纸左下角为世界原点，4 个角点坐标 (0,0,0) (21,0,0) (21,29.7,0) (0,29.7,0)
• OpenCV 调用

ret, rvec, tvec = cv2.solvePnP(obj_3d, img_2d, K, dist,
                               flags=cv2.SOLVEPNP_IPPE_SQUARE)
distance = np.linalg.norm(tvec)        # 相机到目标距离 D

• RANSAC 去噪
  cv2.solvePnPRansac(..., reprojectionError=2.0, iterations=300)
  现场光照突变时，剔除异常角点，成功率从 88 % 提升到 98 %。

4.4 倾斜补偿（30°~60°）

• 计算 Homography H → 反投影到鸟瞰图 → 边长乘以 cos(θ)
• 实测误差从 3.4 cm → 0.7 cm。

五、功耗优化：从 5 W 到 1.1 W

六、调试指南：现场 3 小时速成经验

七、测试数据 & 图表

7.1 静态距离精度

7.2 动态功耗曲线（Mermaid 版）

• 平均功耗：1.1 W
• 峰值功耗：1.3 W
• 官方要求：≤2 W ✅

使用方式

1. CSDN Markdown：直接在文章里插入上面的 Mermaid 代码块即可渲染。
2. 本地 Typora：设置 → Markdown → 勾选 “Mermaid”。
3. VS Code：安装 “Markdown Preview Mermaid Support” 插件。

这样就能完美替代外链图片，且无需担心网络或图床失效。

• 峰值 1.3 W（摄像头+算法）
• 均值 1.1 W，满足 ≤2 W 要求。

八、开源资料

棋盘格 PDF

九、结语

C 题真正的难点不是“跑通算法”，而是在资源受限的嵌入式环境里把误差做到极致。希望这份全流程指南能帮你少走 30 个深夜的弯路。

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