- 装甲板视觉识别和能量机关视觉识别
- 自定义串口通讯协议与 stm32 进行通讯控制云台运动
- 自动击打能量机关的控制逻辑
能量机关采用传统单线程方式
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ubuntu 18.04
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OpenCV 4.1.0
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VSCode 1.53.0
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GCC
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NUC8i5BEK4
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MindVision MV-SUA134GC-T Industrial Camera
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USB 转 TTL 串口
在 Ubuntu 下使用 VSCode 调用 GDB 来进行编译运行
注意：编译前记得校对.vscode 文件夹中的 task.json 文件所指的路径是否正确，包括相机驱动文 libMVSDK.so 件路径和可执行文件 run.o 的路径是否正确
RM_2021_VISION_CODE\
| configure.h 基础基成功能头文件
| main.cpp
| README.md
├─ armor 自瞄
| rm_armorfitted.cpp
| rm_armorfitted.h
|
├─ camera 相机类
| └─param 相机标定文件
| rm_videocapture.cpp
| rm_videocapture.h
|
├─ control 总控制文件
| debug_control.h 宏定义控制开关
| rm_link.cpp 链接类
| rm_link.h
|
├─ data_exchange 导出数据
| └─fitting_data 导出数据文件
| data_exchange.cpp
| data_exchange.h
|
├─ detect_buff 能量机关
| buff_detect.cpp
| buff_detect.h
|
├─ filter 滤波器（kalman）
| rm_kalmanfilter.cpp
| rm_kalmanfilter.h
|
├─ fps 计算帧率
| fps.cpp
| fps.h
|
├─ pinhole 小孔成像
| pinhole.cpp
| pinhole.h
|
├─ serial 串口通讯
| serialport.cpp
| serialport.h
|
└─ solve_PNP 角度解算
solve_pnp.cpp
solve_pnp.h
接收下位机数据
| 头帧 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 尾帧 |
|---|---|---|---|---|
| 0x53 | 颜色 | 模式 | 机器人 ID | 0x45 |
数据1：颜色 0为己方红色 1为己方蓝色 2为己方红蓝双色（调试模式）
数据2：模式 0为自瞄 1为小能量机关 2为大能量机关 3为基地模式
数据3：当前机器人ID 0为英雄 1为工程 2为步兵 3为无人机 4为哨兵
发送至下位机数据
| 头帧 | 数据 1 | 数据 2 | 数据 3 | 数据 4 | 数据 5 | 数据 6 | 数据 7 | 数据 8 | 数据 9 | 数据 10 | 数据 11 | 尾帧 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x53 | 识别标志 | 射击信息 | yaw 轴正负号 | yaw 轴低八位 | yaw 轴高八位 | pitch 轴正负号 | pitch 低八位 | pitch 高八位 | 深度低八位 | 深度高八位 | CRC 校验位 | 0x45 |
数据1：是否识别到目标的标志 0为无目标 1为有目标
数据2：是否射击的信号 0为停止射击 1为允许射击
数据3：yaw 轴的正负号 0为负号 1为正号
数据4|5：yaw 轴角度
数据6：pitch 轴的正负号 0为负号 1为正号
数据7|8：pitch 轴角度
数据9|10：深度信息
数据11：CRC校验位
a. 图像二值化的操作：通过 BGR 三通道中红蓝通道相见得到颜色部分的二值图，并与通过灰度值得到的二值图进行求交集从而获得神符的主体部分轮廓，该方法可以大部分滤除掉周围环境光带来的噪声。
b. 找轮廓：找出目标轮廓我们主要利用了 findContours 函数中的 hierarchy 。首先定义了一个容器 vector<Vec4i> hierarchy ，每个元素用以储存一个“用四个整形变量表示的轮廓之间的关系” 的向量。hierarchy[i][0] ~ hierarchy[i][3],分别表示第 i 个轮廓的后一个轮廓，前一个轮廓，父轮廓，内嵌轮廓的索引编号。若当前轮廓没有对应的后一个轮廓、前一个轮廓、父轮廓、内嵌轮廓的话，则 hierarchy[i][0]~hierarchy[i][3] 的相应位被设置为默认值-1。当我们令外围为顶层，且若外围内的内围轮廓还包含了其他的轮廓信息，则内围内的所有轮廓均归属于顶层。利用这个关系，可以发现，我们的目标是装甲板那个小轮廓，可以把没有父轮廓（ hierarchy[i][3]<0 ）的跳过。然后再基于已建立的父子轮廓的关系，我们可以根据他们的面积比和周长比进行一次粗略的筛选，并将找到的轮廓用旋转矩形标识出来，将其按照父子轮廓为一组放入 Object 类里面，命名父轮廓为 big_rect_ ，子轮廓（待打击目标）为 small_rect_；
if(hierarchy[i][3]<0
|| contours[i].size() < 6
|| contours[static_cast<uint>(hierarchy[i][3])].size() < 6)
continue;
if(small_rect_length < 10)
continue;
if(small_rect_area < 200 || small_rect_area > 2000)
continue;
if(big_rect_length < 50)
continue;之后我们将找到的轮廓用旋转矩形标识出来利用的是椭圆拟合矩形函数 fitEllipse 。原因是椭圆拟合出来的角度更加准确，且表示的角度范围在 0°~360° 之间，可以减少额外的转换运算。我们利用椭圆拟合矩形的角度，把筛选条件限定在装甲板和扇叶拟合出来的矩形的角度差值在 80-110 之间。
if(object.diff_angle<100 && object.diff_angle>80)c.确定旋转矩形四点顺序：根据大小扇叶的比值关系来进行筛选得到可以用于判断扇叶状态的目标后，对旋转矩形的四个顶点进行排序处理：令半径较大的两个点分别为 0 和 1，令半径较小的两个点为 2 和 3，并以顺时针的方向依次排序，如图所示
最终的排序方式如上如圆圈中所示，这里的排序方法利用的是 RotateRect 类里面的特性，RotateRect 类所标识的矩形顶点编号如上图所示，y 值最大的为 0 点，其余按照顺时针一次编号，若出现两个相同的 y 值，则计 x 值最小的为 0 点。我们利用这样的特性，我们只要判断装甲板的两条长边的中心点跟 big_rect_ 中心点的距离近，就可以顺利得到装甲板四点的正确的顺序。
d.判断旋转矩形状态：通过两旁的灯杆。利用装甲板两条宽边向圆心方向延一段比例的距离，建立两个小块 roi 区域，计算 roi 区域的平均值，若 roi 区域均有值，则表明目标矩形是激活的（装甲板旁边有两个杆）否则未激活。
e.找出中心 R ：根据大扇叶的中点并往圆形衍生一定量的距离之后，用 ROI 进行框选，并对 ROI 范围内的目标进行筛选，最终稿得到中心 R，并根据中心 R 做出目标的轨迹圆。
f.隔帧判断扇叶旋转方向：判断顺时针还是逆时针的方法是根据历史角度和当前角度的差值（要滤波）来判断.先去掉较大和较小的插值，在同自瞄的滤波思路一样 d_angle_ = (1 - r) * d_angle_ + r * diff_angle_;。
g.判断大小扇叶，计算预测量：根据上位机发送的信号来对大小能量机关的选择计算预测量。由于小能量机关是匀速转动，所以可以在目标点的基础上加上一定的预测角度量即可，而打能量机关则是在小能量机关的基础上根据速度函数进行相应的增加或减少预测量。大能量的预测量先是通过卡尔曼滤波器对得到的角位移、角速度进行滤波处理，并根据得到的曲线得到相应的函数式子，但由于卡尔曼滤波器会有一定量的延迟性，进而对函数式进行相位纠正，并根据纠正后的函数式进行计算预测量，从而得到大能量机关所需的预测量。
h.预测点的坐标系转换：将预测点的坐标系从极坐标系转换到笛卡尔坐标系之后，再将目标中点、目标矩形等发送给 PNP 解算模块进行解算云台偏转角度。
i.自动控制模块：根据解算完的角度，自动控制模块会对根据过往的信息对云台发出相应的指令，其中有「开火、复位、跟随、不跟随」这四个模块，开火命令是在后台判断是否满足开火的条件，从而给予云台开火的命令；复位命令是防止云台在某些角度会丢失目标而执行的命令，命令会使云台在丢失目标的一定时间内使云台开始上下扫描，从而重新找回丢失的目标；跟随命令是在一般状态下一直执行，通常是与开火命令相互切换；不跟随命令是在目标丢失超过一定时间上限之后发出的命令，是在复位命令之后。通过自动控制模块之后，最终才将命令、目标角度等数据发送给串口。
代码的配置和调试都通过宏定义开关来进行控制，方便用户的快速上手和日常调试。所有的宏定义开关和宏定义阈值参数都在 /control/debug_control.h 文件中，内含了相机的软件配置、模式切换、打印数据、参数预设等内容，只需要根据文件注释内容进行选择即可控制相应的内容。
#define CAMERA_OR_VEDIO：选择输入的视频流为相机/视频#define CAMERA_CONFIG：相机软件参数配置选择#define MY_COLOR ， #define MY_MODE：通过开关选择手动控制还是串口控制，进行选择颜色信息和运行模式#define SHOW_SERIAL_INFORMATION：控制是否打印串口数据信息，方便用户进行错误排查#define SHOW_OUTPUT_IMG ，#define SHOW_BIN_IMG：控制目标识别的结果与过程图像信息的输出#define IS_PARAM_ADJUSTMENT：控制是否进入调参模式，若进入，则使用滑动条进行动态调参#define CAMERA_PARAM_FILE：控制相机标定文件路径，需要填写绝对路径，标定文件选择cameraParams_last.xml即可
- 优化识别算法:
- 当前识别算法容易受强光和自然光线的影响，预处理的大部分阈值处理都与光线有关，从而导致阈值地反复调整，不利于代码的迭代性，希望来年能有相应的阈值处理或动态阈值算法来解决预处理的重复调整问题。
- 当前识别算法在对于预测目标轨迹部分仍需确定出目标的圆形再进行预测处理，而圆心的搜索范围易受装甲板识别影响，这样的线性关系大大降低了代码的容错率和鲁棒性，目前发现可以利用数学的几何关系来对轨迹的复原，但时间有限，希望来年能做到不依靠圆心即可进行轨迹的预测。
- 当前移动预测算法对于变速的目标跟随较慢，未能有效地使用卡尔曼算法，希望能射击出更科学有效的算法解决这一问题。
- 当前的目标识别程序仍然使用单线程的运行方式，导致程序运算效率较低，且有一定的上限，希望来年能攻破多线程的方法来对程序带来更高的运算效率。
- 识别程序在进行调试的时候需要借用单片机来实现波形的打印，导致调试的不便捷，希望来年能在上位机层面有属于自己的上位机。
- 在相机跟随的过程中，容易出现云台跟随到装甲板运行至最高时的突然丢失的情况，即使已经设计了相应的自动控制算法，让云台自行摆头搜索，但仍然会导致数据的连续性丢失，所以在来年的时候可以尝试将摄像头放置在底盘上作为固定视野使用，或者增加多一个摄像头在底盘上作为额外视野进行使用，即可以保证目标不易在视野内丢失，也能帮助提高测距功能的精度。