Webcam Based DIY telémetro láser - Todd Danko.pdf

2/3/2015 WebcamBasedDIYtelmetrolserToddDanko

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WebcamBasedDIYtelmetrolser

Introduccin

Haymuchosfueradelagamaestanteencontrarcomponentesdisponibles,incluyendotelmetrosultrasnicos,infrarrojos,einclusolser.Todosestosdispositivosfuncionanbien,peroenelcampodelarobticaarea,elpesoesunapreocupacinprimordial.Esdeseableobtenerlamayorfuncionalidaddecadacomponentequeseaadeaunaclula.Helicpterosrobticoenminiatura,porejemplo,puedellevaraproximadamente100gdecargatil.Esposiblerealizartareasdevisinartificial,comolaidentificacindeobstculosylaevitacindequeelusodeunacmaraweb(ominicmarainalmbricainterfazconunordenadoratravsdeladaptadorUSB).Mejoran,doscmaraswebpuedenproporcionarlavisinartificialestreomejorandoaslaevasindeobstculosporquelaprofundidadsepuededeterminar.Elinconvenientedeestesupuestoeslaadicindeelpesodeunasegundacmara.Estapginadescribecomounpunterolserdeminisepuedeconfigurarjuntoconunasolacmaraparaproporcionarunavisinmonomquinaconinformacindedistancia.

Esteproyectosebasaengranmedidadeuntutorialencontradoaqu

Teoradeoperacin

Elsiguientediagramamuestracmolaproyeccindeunpuntodelsersobreunobjetivoqueestenelcampodevisindeunacmara,sepuedecalcularladistanciaaeseobjetivo.Lamatemticaesmuysimple,porloqueestatcnicafuncionamuybienparaaplicacionesdevisinartificialquenecesitanparafuncionarrpidamente.

Buscarenestesitio



Aspues,aquescmofunciona.Ahazdelserseproyectasobreunobjetoenelcampodevisindeunacmara.Esterayolseresidealmenteparaleloalejepticodelacmara.Elpuntodellserescapturadojuntoconelrestodelaescenaporlacmara.Unsimplealgoritmoseejecutasobrelaimagenenbuscadelospxelesmsbrillantes.Suponiendoqueellsereselreamsbrillantedelaescena(quepareceserciertoparamitiendadedlarpunterolserenelinterior),esconocidalaposicindepuntosenelcuadrodeimagen.Entoncestenemosquecalcularladistanciaalobjetobasadoendondealolargodelejeydelaimagendeestepuntolsercae.Cuantomscercadelcentrodelaimagen,cuantomslejosestelobjeto.

Comopodemosvereneldiagramaenestamismaseccin,ladistancia(D)sepuedecalcular:



Porsupuesto,pararesolverestaecuacin,loquenecesitasaberh,queesunaconstantefijacomoladistanciaentreelpunterolserylacmara,ytheta.Thetasecalcula:

Pongalasdosecuacionesanterioresjuntos,obtenemos:

Aceptar,porloqueelnmerodepxelesdesdeelcentrodelplanofocalqueapareceelpuntolserpuedeslosecontarapartirdelaimagen.Qupasaconlosotrosparmetrosdeestaecuacin?Tenemosquerealizarunacalibracinparaderivarestos.

Paracalibrarelsistema,vamosarecogerunaseriedemedicionesdondesladistanciaalblanco,ascomoelnmerodepxelesdelpuntoesdesdeelcentrodelaimagencadavez.Estosdatossonacontinuacin:



DatosdeCalibracin

pxelesdelcentro realD(cm)

103 29

81 45

65 58

55 71

49 90

45 109

41 127

39 159

37 189

35 218

Elusodelasiguienteecuacin,podemoscalcularelngulorealbasadoenelvalordeh,ascomodeladistanciarealparacadapuntodedatos.

AhoraquetenemosunTheta_actualparacadavalor,podemosllegaraunarelacinquenospermitecalcularthetadelnmerodepxelesdelcentrodelaimagen.Heutilizadounarelacinlineal(porlotantounagananciayoffsetse



necesitaba).Estoparecefuncionarbienapesardequenotieneencuentaelhechodequeelplanofocalesunplanoenlugardecurvadaenunradioconstantealrededordelcentrodelalente.

Desdemidatosdecalibracin,calcul:

Offset(ro)=0.056514344radianes

Ganancia(RPC)=0,0024259348radianes/pixel

Uso:

Heresueltopordistanciascalculadas,ascomodeerroresdeladistanciarealdelosdatosdecalibracin:

RealycalculadadedatosRango

pxelesdelcentro calcD(cm) realD(cm) Error%

103 29.84 29 2.88

81 41.46 45 7.87

65 57.55 58 0.78

55 75.81 71 6.77

49 93.57 90 3.96

45 110.85 109 1.70

41 135.94 127 7.04

39 153.27 159 3.60

37 175.66 189 7.06

35 205.70 218 5.64



Componentes

Nohayunagrancantidaddepiezasenmitelmetromuestra.Usuntrozodecartnparamantenerunpunterolserparaunacmarawebparaqueelpunterolserenunadireccinqueesparalelaaladelacmara.Laspartesseveacontinuacinsecolocansobreunarejilladeunapulgadaparareferencia.

Mitelmetromontadoseveas:



Software

Heescritosoftwaredosmaneras,unautilizandoVisualC++yelotroutilizandoVisualBasic.Esprobablequeencuentrequelaversinbsicavisualdelsoftwareesmuchomsfcildeseguirqueelcdigovc++,perocontodo,hayunacompensacin.Elcdigovc++sepuedenponerjuntosdeformagratuita(asumiendoquetieneVisualStudio),mientrasqueelcdigovbrequierelacompradeunpaquetedesoftwaredeterceros(tambinademsdevisualstudio).

VisualBasic



ElcdigodeVisualBasicqueheescritoestdisponiblecomounpaquetellamadovb_laser_ranger.zipenlaparteinferiordeestapgina.

Paraqueestecdigofuncione,necesitarelVideoOCXcomponenteActiveXinstaladoensuequipo

Elcdigoquedescribelasfuncionesqueseencuentranenelformularioprincipalseveacontinuacin:

PrivateSubexit_Click()"Slosiseejecuta...Si(Timer1.Enabled)Acontinuacin,Timer1.Enabled=False'CronmetroVideoOCX.StopVideoOCX.CloseEndIfFinEndSub

PrivateSubStart_Click()'InitVideoOCXControl,asignarmemoriayempezaraagarrarSi(NoTimer1.Enabled)EntoncesStart.Caption="Stop"'mensajesdeerrorinternoDeshabilitarVideoOCXVideoOCX.SetErrorMessagesfalsosControlInitSi(NoVideoOCX.Init)Entonces'Initfallado.MostrarmensajedeerrorysubfinalMsgBoxVideoOCX.GetLastErrorString,vbOKOnly"VideoOCXError"FinMs

Traducir



'Asignarmemoriaparacontroladordeimagenmundialcapture_image=VideoOCX.GetColorImageHandle'Result_image=VideoOCX_Processed.GetColorImageHandleTimer1.Enabled=True'Iniciartemporizadorcaptura"IniciarelmodoCapturaSi(NoVideoOCX.Start)Entonces'Iniciofall.MostrarmensajedeerrorysubfinalMsgBoxVideoOCX.GetLastErrorString,vbOKOnly"VideoOCXError"FinEndIfEndIfMsStart.Caption="Inicio"Timer1.Enabled=False'CronmetroVideoOCX.StopVideoOCX.CloseEndIfEndSub

PrivateSubTimer1_Timer()'TemporizadorparacapturarmanejavideoOCXToolsMatrizDimcomovarianteDimaltura,anchuraAsIntegerRDim,cAsIntegerMax_rDim,max_cAsIntegerDimmax_redAsIntegerDimganancia,offsetcomovarianteDimh_cmcomovarianteGamaDimAsIntegerDimpixels_from_centerAsInteger



'ParmetrocalibradoparapixelalaconversindistanciaGanancia=0,0024259348offset=0.056514344h_cm=5.842max_red=0'CapturarunaimagenSi(VideoOCX.Capture(capture_image))Entonces'Capture_imageVideoOCX.Show'InicializacintransformacinMatrixmatriz=VideoOCX.GetMatrix(capture_image)altura=VideoOCX.GetHeightwidth=VideoOCX.GetWidth'Cdigodeprocesamientodeimagen'Elpuntolsernodebeservistaporencimadelafilacentral(conunpocodepad)Parar=altura/220alaaltura1'Nuestraconfiguracinfsicasecalibraomenosparaqueellser'Puntoenlascolumnasdelmedio...nitemolesteslookngdemasiadolejosParac=ancho/225Paraanchura/2+24"Busqueelvalormsgrandedepxelesdecolorrojoenlaescena(lserrojo)Si(matriz(c,r,2)>max_red)Entoncesmax_red=matriz(c,r,2)Max_r=rmax_c=c



EndIfSiguientecSiguienter'Calculaladistanciaparaelpuntolserdelamediadelfotogramapixels_from_center=Max_r120

'Calculagamaencmenbaseaparmetroscalibradosrango=h_cm/Tan(pixels_from_center*ganancia+offset)

'Imprimirpuntolserfilaycolumnaposicinalapantallarow_val.Caption=Max_rcol_val.Caption=max_c'Intervalodeimpresinalseriluminadaobjetoalapantallarange_val.Caption=gama"DibujaunalneaverticalrojaparaintersectarobjetivoParar=0Paraaltura1matriz(max_c,r,2)=255Siguienter"DibujaunalneahorizontalrojaparaintersectarobjetivoParac=0Paraancho1matriz(c,Max_r,2)=255SiguientecVideoOCX.ReleaseMatrixToImageHandle(capture_image)EndIfCapture_imageVideoOCX.Show



EndSub

Lascapturasdepantalladeestecdigosepuedeveracontinuacin:



VisualC++

vacoCTripodDlg::doMyImageProcessing(LPBITMAPINFOHEADERlpThisBitmapInfoHeader){ //DoMyImageProcessing:Esteesellugardondequiereescribirsupropiocdigodeprocesamientodeimgenes //Tarea:Leerelvalordeescaladegrisesdeunpixelyelprocesoenconsecuencia

unsignedintW,H;//anchurayalturadelfotogramaactual[pxeles] intfilasinfirmar,col;//filaycolposicionesdepixel ilargosinsigno;//Variabledummyparavectorfilacolumna intmax_rowsinfirmar;//Filadelpxelmsbrillante intmax_colsinfirmar;//ColumnadelpxelmsbrillanteBYTEMAX_VAL=0;//Valordelpxelmsbrillante

//Losvaloresutilizadosparaelclculodeintervalodedatosdeimagencapturados //Estosvaloressonsloparaunaconfiguracinespecficadelacmaraylser



constdobleganancia=0,0024259348;//Gananciaconstanteusadaparaconvertir //Pxeldesplazamientoalnguloenradianes constdoblecompensado=0.056514344;//Constantededesviacin constdobleh_cm=5,842;//Distanciaentreelcentrodelacmaraylserrangodoble;//GamaCalculado intpixels_from_centersinfirmar;//Ubicacinbrillantepxeldelcentro //Noinferiordelmarco Charstr[80];//Imprimirmensaje CDC*pDC;//Contextodedispositivonecesitaimprimirmensaje

W=lpThisBitmapInfoHeader>biWidth;//BiWidth:nmerodecolumnasH=lpThisBitmapInfoHeader>biHeight;//BiHeight:nmerodefilas para(fila=0;fila



para(fila=0;fila



ordenador.Losentimos,peroustedestensupropiaparaencontrarambos.

Acontinuacinsepresentandosejemplosdelacmarawebconsedetelmetrolserenaccin.Tengaencuentacmosevequehaydospuntosdelserenelsegundoejemplo.Esta"luzparsita"escausadoporlosreflejosinternosenlacmara.Elpuntoreflejadopierdeintensidad,yaquerebotadentrodelacmarademaneraquenointerfieraconelalgoritmoquedetectaelpxelmsbrillanteenlaimagen.



TrabajoFuturo

Unamejoraespecficaquesepuedehaceraestacmarawebbasadotelmetrolseresproyectarunalneahorizontalenlugardeunpuntosobreunadiana.Deestamanera,podramoscalcularelrangoparacadacolumnadelaimagenenlugardeslounacolumna.Unaconfiguracindeestetiposeracapazdeserutilizadoparalocalizarreasdealcancemximocomolugaresqueunvehculopodradirigirhacia.Delmismomodo,lasreasdealcancemnimoseranidentificadoscomoobstculosquedebenevitarse.

Seguimiento



Sobrelabasedemuchaspreguntasycomentariosqueherecibido,parecequemuchagentehatratadodeduplicaresteesfuerzo.Porfavor,tengaencuentaqueestetrabajofuehechooriginalmenteantesde2004(unamaneramuchotiempoatrs).Siyotuvieraquehacerlotodo,megustarautilizarOpenCVparaloscomponentesdelavisin.Sitengoalgomsdetiempo,voyacrearunejemployquelopongaaqu.

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LaserRange.zip ToddDanko, (2006k) 27deagosto2009,18:30 laversin1 tripodDlg.cpp ToddDanko, (15k) 27deagosto2009,18:31 laversin1 vb_laser_ranger.zip ToddDanko, (9k) 27deagosto2009,18:31 laversin1

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