2021年电赛D题图像处理经验分享

Posted 2021-12-21 陈烦烦不说话

目录

1：写在前面

  感谢四天三夜以来，我们所做的所有努力！

2：思路

3： 实现过程

 简易版图像腐蚀和膨胀

首先要对图像进行处理：

4：总结

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1：写在前面

  感谢四天三夜以来，我们所做的所有努力！

讨论一天才确定下来选题导致时间十分紧张。开始的方案是想用树莓派，考虑到学习时长太高，遂还是选择了学了半年的32。选材上对我们产生了不小的限制，存储空间小，精确度低，很多问题第一次见。作为才升入大二的我们简直是难以攻克。

好险是负责通信的队友有重大突破，我们有了克服的动力。感谢大家的不放弃，明年，后年，我相信会有更好的结局。

结果：我们最后对角度的误差控制在1cm以内，角度误差在0.1°。是个非常不错的结果。

2：思路

  五版方案一改再改，大量的数据跑不起来。

我是组内负责图像处理和长度，角度计算的。所有这篇文章分享的也仅仅是我这一部分。

最开始面临的第一个问题就是：我难以找到图像的中心

出现的问题还有：框住了但是框的不稳，经常晃动

                             容易受外界环境干扰

                             读取到的数据经常出错

再结合题目：1.框住激光笔轮廓

                      2.测量长度

                      3.测量角度

所以我的思路大概是，先想办法对图像进行处理，得到中心点坐标。

长度使用：l=T^2*g/4Π^2

一个关于单摆的公式，可以完美的解决长度计算问题。

角度使用：argtan x/y

利用投影的知识，将两个摄像头(A,B)读取到的x值分别当作投影面的x,y。通过反正切函数来计算。

3： 实现过程

 简易版图像腐蚀和膨胀

 为了得到最重要的东西：一个准确的中心点数据

首先要对图像进行处理：

我开始得到的图像抖动明显，受光线影响较大。受光线影响，那就是需要调节阈值的问题了。

	if(KEY0==0)
	
				delay_ms(190);
		chen=chen+1;
	
		if(KEY1==0)
	
				delay_ms(190);
		chen=chen-1;
	
//按键来对阈值做调节


if(gm_red<=chen)  
 

   color=0x0000;//黑色

				 					 
else
			
					
	color=0xffff;//白色					
				

 会注意到，我对阈值判断时选择了红色，而不是常用的

#define GRAY_2_RGB565(gray)             ((u16)((((u8)(gray)>>3)<<11)|(((u8)(gray)>>2)<<5)|((u8)(gray)>>3)))

这是因为，我需要判断的物体颜色的单一的，不需要去平衡着计算。

然后我面对的就是框不住的问题。因为环境中颜色相同的物体较多且杂乱，为了减少这些干扰，我首先想到的是对图像做背景扣除。

可是第一个问题就是，存储不了这么多数据。第二个问题是，每次比较需要大量的时间，导致图像卡顿。

然后我就想到了常用的图像腐蚀和膨胀：

//src原图大小为Wid*Hei
//图像膨胀
void DilateFilter(unsigned char*  src, int Wid, int Hei)

	int  i, j, k, l, m;
	int max=0;
	l=0;
	for (i = 0; i < Wid; i++)
	
		for (j = 0; j < Hei; j++)
		
			for(m=-3;m<=3;m++)
				for(k=-3;k<=3;k++)
					if(*(src+i+m+(j+k)*Wid)>max)
						max=*(src+i+m+(j+k)*Wid);
					
				
			
			temp_IMG[i+j*Wid]=max;
			max=0;
		
	
	memcpy(src,temp_IMG,sizeof(unsigned char)*Wid*Hei);


//图像腐蚀
void ErodeFilter(unsigned char*  src, int Wid, int Hei)

	int  i, j, k, l, m;
	int min=255;
	l=0;
	for (i = 0; i < Wid; i++)
	
		for (j = 0; j < Hei; j++)
		
			for(m=3;m<=3;m++)
				for(k=-3;k<=3;k++)
					if(*(src+i+m+(j+k)*Wid)<min)
						min=*(src+i+m+(j+k)*Wid);
					
				
			
			temp_IMG[i+j*Wid]=min;
			min=255;
		
	
	memcpy(src,temp_IMG,sizeof(unsigned char)*Wid*Hei);

//此处为作者xiaoyang0307文章中的代码

因为作者选用的是stm32+ov7725的方案，还是遇到了存储空间不够的问题，本来是想在这个代码基础上减少行列数。但是灵光一闪：

        已知我读取数据是以打点的形式由上到下，由左到右进行的。我需要读取的激光笔是一段连续的数据，而外界数据连续度和激光笔连续度不同，那么我利用连续的长度为判读依据，进行保留和删除，不就得到激光笔的形状了吗！

//标志位
if(color==0x0000)

	if(j<270)
    	
	  biaozhi_x+=j;
	  biaozhi++;
		if(biaozhi>20)
		 
			biaozhi_y+=i;
			num++;
			biaozhi=0;
		 				
	

else

 biaozhi=0;

至此为止，已经解决了百分之六十的问题，剩下的就是对数据的读取了。

长度L：

直接读取长度显然是不可取的。根据单摆的公式，我得知，我现在只需要得到周期就可以算出值了。

通过对单摆的现象分析，在摆动过程中一直有个规律：假设我们的单摆从左到右，那么我们下一帧的数据比上一帧大，到最高点时，会出现一个左边到右边的跳变。以这一点为起始点记做t1。然后激光笔继续摆动，下一帧数据会比上一帧小，直到另一个最高点处，发生跳变，记录此时为t2,然后下一帧数据比上一帧大，直到回到最开始的跳变点，记作t3。我们的周期就是t3-t1的值。

if(biaozhi_x<10||biaozhi_y<10)

	
		
else

			
	k[0]=biaozhi_y;
	LCD_DrawRectangle(biaozhi_x-50,biaozhi_y-10,biaozhi_x+50,biaozhi_y+10);

if(((k[1]-k[0])>t)&&n!=2&&n!=3)
	
		n=1;
				
	
if(n==1&&((k[1]-k[0])<(-1*t)))
	
		n=2;
	
		shu=tim_a=0;
	
if(n==2&&((k[1]-k[0])>t))
	
		y_max=biaozhi_y;
		x_max=biaozhi_x;
		n=3;
	
if(n==3&&((k[1]-k[0])<(-1*t)))
	 
		n=4;
		shu=tim_a;
		//tim_a=0;
							
		y_min=biaozhi_y;
		x_min=biaozhi_x;
//	    shu=TIM1->CNT;
						

这里注意到，我对一段连续值进行了去除处理，这里就是上文提到的“看不见的白点”

不过这个纯属编者对现象做出的判断，理论支持较少。

对周期的读取使用了定时器的功能，因为和通信有不少冲突，最终选择了高级定时器1，如果只是进行图像处理的读者可以使用其他定时器。

角度：

角度的算法上文也提到过，通过我们以上的处理，这一步就十分容易了。

我们需要得到x值，也就是激光笔从左边最高点到右边最高点的距离。

jiajiao=atan((double)141/152)*180/3.1415926;
printf("%lf",jiajiao);
		 
LCD_ShowString(30,180,200,16,16,"jiajia:   00度");	 
LCD_ShowxNum(30+10*8,180,jiajiao,2,16, 0X80);	//显示小数部分

至此，该题需要的图像部分已经结束。希望这篇文章能给你帮助！

由于编者水平有限，本篇文章中很多问题的叙述并不清楚，如有不明白的地方欢迎大家给我留言。

4：总结

以实际现象为核心，有目的的改变。

本次题目难度确实有点超出我的预期，准备工作做的并不充分。

很多问题选择的方案并不合理，浪费了很多时间。

调试时太过于盲目，没有想清楚逻辑就去更改。

但是本次电赛还是让我受益良多，凌晨四点的学校，忙里偷闲看了场edg的比赛，深夜的加餐，还有为每一个突破而由衷的喜悦。

再次感谢四天三夜以来大家的努力，我们明年再见！