循迹准确之外，控制链路还必须对失效负责。
室外红蓝锥桶赛道会出现光照变化、阴影、遮挡、单边界、相机断流和底盘协议差异。原型中旧检测结果可能被重复使用，视觉命令也可能被直行命令覆盖。
Problem
当目标丢失或相机超时时继续输出前进命令，会把感知问题升级为安全问题；把感知、控制、任务和 ROS 通信写在单个循环里，也难以测试与标定。
Automotive · RoboticsROS 2 HumbleOpenCVFail-safe
视觉循迹必须先知道什么时候应该停车。
项目将原 ROS 1 单文件原型重构为 ROS 2 Humble 软件包，集成红蓝锥桶感知、非阻塞 PID、底盘命令适配、任务状态机、相机看门狗、急停和显式故障复位。
Requirements
感知、控制、任务和安全需要明确边界。
稳健边界估计
支持红色双 HSV 区间、蓝色区间、亮度归一化、形态学去噪与单/双边界中心估计。
平滑且受限的控制
非阻塞 PID、EMA 时间滤波、转角变化率限制，以及随置信度和弯道变化的限速。
明确的失效安全
启动与运行看门狗、连续丢失停车、独立急停、故障保持和人工复位。
Architecture
从图像到安全输出的单点控制链路。
每层只承担一种核心职责，参数集中在 YAML 中。
01 · IMAGECamera Topic
接收图像并监控启动与运行超时。
02 · PERCEPTIONCone Boundaries
颜色分割、轮廓过滤、中心与置信度。
03 · CONTROLPID & Limits
计算转向、限速并处理目标丢失。
04 · MISSIONState Machine
建图圈、红灯、导航圈、停车与安全状态。
05 · OUTPUTTwist / PWM
单点发布底盘命令与调试话题。
Technical decisions
先消除旧状态和多点写命令，再讨论速度。
感知结果带置信度
双边界和单边界采用不同估计，并对连续帧做 EMA，控制层不盲目信任单帧。
单点控制输出
转向、速度、安全状态和任务状态在同一输出位置汇总，避免命令互相覆盖。
兼容而不混淆语义
同时提供标准 Twist 和旧底盘 PWM 模式，并明确旧模式并非标准 Twist 语义。
上升沿任务事件
红灯、圈次、停车和急停事件采用明确话题与边沿触发，减少重复事件。
Challenges & solutions
室外视觉与车辆控制需要保守的失败策略。
| 挑战 | 解决方式 | 验收方式 |
|---|---|---|
| 光照和红色色相跨界 | 双红色 HSV、CLAHE、形态学去噪和按图像比例过滤轮廓 | 晴天、阴天、逆光和阴影样本 |
| 单边界或短时遮挡 | 单边界中心估计、置信度、EMA 与连续丢失计数 | 单弯、S 弯与遮挡测试 |
| 相机或处理链路失效 | 启动/运行看门狗、异常捕获、safe_stop 与人工复位 | 相机断开、软件急停、硬件急停 |
| 底盘命令差异 | 标准 Twist 与 PWM 适配模式，参数化中值和极限 | 架空车轮后低速落地标定 |
Results
仓库已经形成模块化 ROS 2 软件栈与安全测试入口。
4 个核心模块感知、控制、任务与 ROS 集成职责分离
2 种输出标准 Twist 与旧底盘 PWM 兼容模式
Fail-safe看门狗、目标丢失、急停与显式故障复位
验证边界：公开仓库明确说明项目尚未在作者的实际底盘、摄像头和驱动板上验证。网站不会把软件测试或接口完成描述为实车比赛成绩。
Screenshots & evidence
为感知、控制与车辆验证准备多图展示位。
建议优先补充真实调试图、控制曲线和实车/仿真环境；占位图不代表已经完成实车验收。
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可使用按钮、分页圆点或键盘左右方向键切换。