基于图像处理的线跟随器答案

【问题标题】：Line Follower based on Image Processing基于图像处理的线跟随器
【发布时间】：2018-02-20 15:38:13
【问题描述】：

我开始从事线路跟随项目，但我需要使用图像处理技术。我有一些想法要考虑，但我想提出一些意见，因为我想澄清一些疑问。这是我解决这个问题的方法：我首先读取图像，然后应用阈值检测对象（线）。我进行颜色过滤，然后进行边缘检测。在此之后，我开始进行图像分类以检测所有线条，然后推断这些线条以仅输出/检测平行线（如车道检测算法）。使用这条平行线，我可以计算中心以保持我的车辆居中以及转弯的角度。

我不知道路径中的角度，所以系统必须能够转动任何角度，这就是我要计算角度的原因。我已经附上了一张带转弯的线的图片，这就是我将要处理的那种转弯。我已经设法实现了几乎所有东西。我的主要问题是角度的变化，基本上是转弯。检测到平行线后，如何让系统知道何时该转弯？这个问题可能有点令人困惑，但基本上只要角度接近零，车辆就会向前移动。但是当车辆接近转弯时，它可能会检测到两组平行线。也许我可以定义检测到的线的长度，以定义车辆是否必须向前移动？

任何想法将不胜感激。

【问题讨论】：

标签： opencv image-processing computer-vision edge-detection hough-transform

【解决方案1】：

如果你有两条线（每条路径的中心线）：

y1 = m1 * x + b1
y2 = m2 * x + b2

当您选择一个 x 使得 y1 和 y2 相等时，它们相交（如果它们当然不平行，那么 m1 != m2）

m1 * x + b1 = m2 * x + b2

（做一堆代数）

x  = (b2 - b1) / (m1 - m2)
(y should be the same for both line formulas)

当你接近这个点时，换线。

注意：这不会处理完全垂直线的情况，因为它们有无限的斜率，并且没有 y 截距 - 参见parametric form of lines。每行有 2 个方程：

x = f1(t1)
y = f2(t1)

和

x = f3(t2)
y = f4(t2)

设置f1(t1) == f3(t2) 和f2(t1) == f4(t2) 查找非平行线的交点。然后将t1代入第一行公式即可找到(x, y)

【讨论】：

【解决方案2】：

基本上Lou Franco 的answer 向您解释了如何获得每条路径的两条中心线的交点，然后该交点是开始转弯的好点。

我会添加一个关于如何计算路径中心线的建议。

根据我的经验，在处理从图像中提取的线的浮点表示时，这些线实际上永远不会平行，它们通常只是在图像外的一点相交（可能很远）。

以下 C++ 函数 bisector_of_lines 的灵感来自 CGAL source code 中的方法 bisector_of_linesC2。

一行表示为a*x+b*y+c=0，如下函数构造p 和q 两条线的平分线。

line p is pa*x+pb*y+pc=0

line q is qa*x+qb*y+qc=0

平分线的a、b、c是函数的最后三个参数：a、b和c。

在一般情况下，平分线的向量方向是两条线的归一化方向之和，并且通过p和q的交点。如果p 和q 平行，则平分线定义为与p 方向相同且与p 和q 距离相同的直线（参见CGAL 官方文档为CGAL::Line_2<Kernel> CGAL::bisector)。

void
bisector_of_lines(const double &pa, const double &pb, const double &pc,
            const double &qa, const double &qb, const double &qc,
            double &a, double &b, double &c)
{
  // We normalize the equations of the 2 lines, and we then add them.
  double n1 = sqrt(pa*pa + pb*pb);
  double n2 = sqrt(qa*qa + qb*qb);
  a = n2 * pa + n1 * qa;
  b = n2 * pb + n1 * qb;
  c = n2 * pc + n1 * qc;

  // Care must be taken for the case when this produces a degenerate line.
  if (a == 0 && b == 0) {// maybe it is best to replace == with https://stackoverflow.com/questions/19837576/comparing-floating-point-number-to-zero
    a = n2 * pa - n1 * qa;
    b = n2 * pb - n1 * qb;
    c = n2 * pc - n1 * qc;
  }
}

【讨论】：