基于图像处理的直线跟踪器

Question

我开始从事一个线路跟随者项目，但它要求我使用图像处理技术。我有几个想法要考虑，但我想要一些意见，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，然后应用阈值来检测对象(线)。我先做颜色过滤，然后做边缘检测。在这之后，我开始做图像分类来检测所有的线，然后将这些线外推到只输出/检测平行线(就像车道检测算法)。有了这些平行线，我就可以计算出保持车辆居中的中心和转弯的角度。

我不知道路径中的角度，所以系统必须能够旋转任何角度，这就是为什么我要计算角度。我已经添加了一张带有转弯的线的图片，这是我将处理的转弯的类型。我已经设法实现了几乎所有的东西。我的主要问题是角度的改变，基本上是转弯。在我检测到平行线后，我如何让我的系统知道什么时候该转弯？这个问题可能有点令人困惑，但基本上只要角度接近于零，车辆就会向前移动。但当车辆接近一个转弯时，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，它将定义车辆是否必须向前移动？

任何想法都将不胜感激。

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Answer 1

如果有两条线(每条路径的中心线)：

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

当你选择一个x使得y1和y2相等时，它们相交(当然，如果它们不是平行的，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)

当你接近这一点时，交换线路。

注意:这不能处理完全垂直线的情况，因为它们有无限的斜率，没有y截距--有关这一点，请参阅parametric form of lines。每行有2个方程式：

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

和

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

设置f1(t1) == f3(t2)和f2(t1) == f4(t2)以查找非平行线的交点。然后在第一行公式中插入t1以查找(x, y)

Answer 2

基本上，Lou Franco的answer解释了如何获得每条路径的两条中心线的交叉点，然后这个交叉点就是开始转弯的好地方。

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，当使用从图像中提取的线的浮点表示时，这些线实际上从来都不是平行的，它们通常只是在图像之外的一点相交(可能很远)。

下面的C++函数bisector_of_lines的灵感来自于CGAL source code中的bisector_of_linesC2方法。

一条线被表示为a*x+b*y+c=0，下面的函数构造了两条线p和q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，平分线的方向是两条直线的归一化方向之和，并且通过p和q的交点。如果p和q是平行的，则将平分线定义为与p方向相同的直线，并且与p和q的距离相同(请参阅CGAL::Line_2 CGAL::bisector的官方CGAL文档)。

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;
  }
}