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操舵量計算仕様 (Steering Calculation Specification)
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1. 概要 (Overview)
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    1-0. 目的

    カメラ画像から黒線の位置を検出し，PD 制御によって操舵量と速度を
    算出する方法を定義する．


    1-1. 基本方針

    ・制御方式: PD 制御（I 項なしで開始）
    ・偏差の算出: 画像の近方・遠方2領域から黒線の重心位置を取得する．
    ・操舵量: 偏差に基づく PD 制御で決定する．
    ・速度: 操舵量に応じて動的に調整する（カーブ減速，直線加速）．


2. 画像処理パイプライン (Image Processing Pipeline)
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    2-1. 処理フロー

    1. カメラからフレームを取得する．
    2. グレースケールに変換する．
    3. ガウシアンブラーを適用する（軽いノイズ除去）．
    4. 固定閾値で二値化する（BINARY_INV）．
    5. 横方向クロージングで反射による途切れを補間する．
    6. 近方領域・遠方領域それぞれで黒ピクセルの重心 x 座標を算出する．

    ■ 横方向クロージング

    光の反射により線が途切れる問題への対策として，
    二値化後にモルフォロジーのクロージング処理（膨張→収縮）を行う．
    横長の楕円カーネルを使用することで，縦方向への影響を抑えつつ
    線の途切れを左右から埋める．

    ・カーネル形状: 横長楕円（幅 25 × 高さ 3）
    ・効果: 反射で欠けた部分を，左右の検出済みピクセルからつなぐ
    ・注意: カーネル幅は途切れの大きさに応じて調整する

    2-2. 2領域方式

    カメラは真下を向いているため，画像内の位置が路面上の距離に対応する．
    画像を上下2つの領域に分割し，それぞれで線の位置を検出する．

        画像上部 ─── 遠方領域（これから通る場所）
            │
        画像下部 ─── 近方領域（今いる場所）

    ・近方領域: 画像下部の水平帯．現在の車体位置に対する線のずれを示す．
    ・遠方領域: 画像上部の水平帯．この先のコース方向を示す．

    ※ 各領域の具体的な y 座標範囲は実走テストで調整する．


3. 偏差の算出 (Error Calculation)
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    3-1. 基本偏差

    各領域で検出した黒線の重心 x 座標と，画像中心 x 座標との差を
    偏差とする．

        e_near = image_center_x - near_line_x
        e_far  = image_center_x - far_line_x

    ・e > 0: 線が画像の左側にある（右に寄っている）
    ・e < 0: 線が画像の右側にある（左に寄っている）
    ・e = 0: 線が画像の中心にある（理想状態）

    3-2. 制御用偏差

    近方偏差と遠方偏差を重み付きで合成し，制御に使用する偏差とする．

        e = α * e_near + β * e_far

    ・α: 近方の重み（現在の位置補正）
    ・β: 遠方の重み（先読み補正）
    ・α + β = 1.0 とする．
        ※ α，β の具体的な値は実走テストで調整する．


4. PD 制御 (PD Control)
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    4-1. 操舵量の計算

        steer = Kp * e + Kd * (e - e_prev) / dt

    ・Kp: 比例ゲイン．偏差に比例した操舵量を出力する．
        - 大きいほど応答が速いが，振動しやすい．
    ・Kd: 微分ゲイン．偏差の変化率に比例した操舵量を出力する．
        - 振動を抑制し，カーブへの追従を滑らかにする．
    ・e_prev: 前フレームの偏差．
    ・dt: 前フレームからの経過時間．

    4-2. 操舵量の制限

    計算結果を -1.0 ~ +1.0 の範囲にクランプする．

        steer = clamp(steer, -1.0, +1.0)

    4-3. I 項について

    初期段階では I 項を使用しない．
    理由: カーブ中に偏差が蓄積し，カーブ出口でオーバーシュート
    （ワインドアップ）を引き起こすリスクがあるため．
    直線走行で定常的にずれ続ける症状が確認された場合にのみ，
    小さい Ki で追加を検討する．


5. 速度制御 (Speed Control)
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    5-1. 基本方式（操舵量連動）

        throttle = max_throttle - k * |steer|

    ・max_throttle: 直線での最大速度．
    ・k: 減速係数．操舵量が大きいほど減速する．
    ・|steer| が大きい → カーブ中 → 減速
    ・|steer| が小さい → 直線 → 加速

    5-2. 発展方式（曲率推定連動）

    基本方式で速度の限界を感じた場合，近方・遠方の偏差差分から
    曲率を推定し，カーブの手前で事前に減速する方式へ移行する．

        curvature = |e_far - e_near|
        throttle  = max_throttle - k * curvature

    ※ 基本方式で完走を達成した後に検討する．


6. パラメータ一覧 (Parameters)
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    ■ 画像処理パラメータ

    ・画像解像度: 320x240
    ・ブラーカーネルサイズ: 5
    ・二値化閾値: 80（固定閾値）
    ・クロージングカーネル: 幅 25 × 高さ 3（横長楕円）
    ・近方領域の y 範囲: 画像高さの 70% ～ 100%
    ・遠方領域の y 範囲: 画像高さの 30% ～ 50%

    ■ 偏差合成パラメータ

    ・α（近方の重み）: 実走テストで決定
    ・β（遠方の重み）: 実走テストで決定

    ■ PD 制御パラメータ

    ・Kp（比例ゲイン）: 実走テストで決定
    ・Kd（微分ゲイン）: 実走テストで決定

    ■ 速度制御パラメータ

    ・max_throttle（最大速度）: 実走テストで決定
    ・k（減速係数）: 実走テストで決定