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ROS 教程4 机器人视觉识别控制 OpenCV OpenNI2 PCL 2D 3D目标检测 目标跟踪object tracking人体跟踪person followin_ros机器人颜色识别

ros机器人颜色识别

机器人视觉

一、准备工作

1、开源库:

 OpenCV,                           
   二维图像处理和机器学习
   https://github.com/Ewenwan/MVision/tree/master/opencv_app
 OpenNI2 +OpenKinect(freenect),   
    深度传感器(MicrosoftKinect and Asus Xtion Pro)驱动和处理库
 PCL.                         
    点云库 处理三维点云数据
    https://github.com/Ewenwan/MVision/tree/master/PCL_APP

 2维特征提取包  find_object_2d (ROS package)
               https://github.com/introlab/find-object
               http://wiki.ros.org/find_object_2d
               补充参考:https://github.com/introlab/find-object

 3D物体识别(https://github.com/wg-perception)
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2D & 3D Object Detection 目标检测 算法和论文

 直接安装
 # ROS Kinetic:
  $ sudo apt-get install ros-kinetic-find-object-2d
 # ROS Jade:
  $ sudo apt-get install ros-jade-find-object-2d
 # ROS Indigo:
  $ sudo apt-get install ros-indigo-find-object-2d
 # ROS Hydro:
  $ sudo apt-get install ros-hydro-find-object-2d
 源码安装
  $ cd ~/catkin_ws
  $ git clone https://github.com/introlab/find-object.git src/find_object_2d
  $ catkin_make

 运行
  $ roscore &
  # Launch your preferred usb camera driver
  $ rosrun uvc_camera uvc_camera_node &
  $ rosrun find_object_2d find_object_2d image:=image_raw
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2、图像分辨率

 160x120 (QQVGA), 320x240 (QVGA), 640x480 (VGA) , 1280x960 (SXGA).
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3、安装深度传感器驱动: ROS OpenNI and OpenKinect (freenect) Drivers
sudo apt-get install ros-indigo-openni-* ros-indigo-openni2-* ros-indigo-freenect-*
$ rospack profile

4、安装普通摄像头驱动 Webcam Driver

 源码安装
 usb_cam:
 cd ~/catkin_ws/src
 git clone https://github.com/bosch-ros-pkg/usb_cam.git
 cd ~/catkin_ws
 catkin_make
 rospack profile

 libuvc_ros:
 https://github.com/ros-drivers/libuvc_ros

 uvc_cam:
 cd cd ~/catkin_ws/src
 git clone https://github.com/ericperko/uvc_cam.git  
 rosmake uvc_cam
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5、测试图像传感器

 对于 rgb-d传感器
 使用 image_view 包 测试  http://wiki.ros.org/image_view

 发布数据 在/camera/rgb/image_raw话题上
   Microsoft Kinect:
 $ roslaunch freenect_launch freenect-registered-xyzrgb.launch

   Asus Xtion, Xtion Pro, or Primesense 1.08/1.09 cameras:
 $ roslaunch openni2_launch openni2.launch depth_registration:=true

 可视化查看 rgb图像
 rosrun image_view image_view image:=/camera/rgb/image_raw
 可视化查看 深度图像
 $ rosrun image_view image_view image:=/camera/depth_registered/image_rect

 对于Webcam Driver
 发布消息
 $ roslaunch rbx1_vision usb_cam.launch video_device:=/dev/video0
 or
 $ roslaunch rbx1_vision usb_cam.launch video_device:=/dev/video1
 可视化查看
 rosrun image_view image_view image:=/camera/rgb/image_raw


 <launch>
     <arg name="video_device" default="/dev/video0" />   驱动名字

     <node name="usb_cam" pkg="usb_cam" type="usb_cam_node" clear_params="true" output="screen">##节点信息

      <remap from="usb_cam/image_raw" to="/camera/rgb/image_raw" />  话题重定向
      <remap from="usb_cam/camera_info" to="/camera/rgb/camera_info" />

         <param name="video_device" value="$(arg video_device)" />
         <param name="image_width" value="640" />
         <param name="image_height" value="480" />
         <param name="framerate" value="30" />
         <param name="pixel_format" value="yuyv" />  这里注意需要和驱动程序输出的图片格式一致 原先为mmp格式
         <param name="contrast" value="32" />  对比度
         <param name="brightness" value="32" /> 亮度
         <param name="saturation" value="32" /> 饱和度
         <param name="autofocus" value="true" />
         <param name="camera_frame_id" value="camera_link" />

     </node>
 </launch>



 rqt 也可以查看
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6、安装 ros 支持的opencv

 $ sudo apt-get install ros-indigo-vision-opencv libopencv-dev \
 python-opencv
 $ rospack profile
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7、安装 ros连接opencv 桥梁包 cv_bridge Packag 转换 ros图片格式 与 opencv图片格式

http://wiki.ros.org/cv_bridge
rbx1_vision/nodes/cv_bridge.demo.py 展示了怎样使用  cv_bridge
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cv_bridge.demo.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
import rospy
import sys
import cv2
import cv2.cv as cv
from sensor_msgs.msg import Image, CameraInfo
from cv_bridge import CvBridge, CvBridgeError
import numpy as np

class cvBridgeDemo():
    def __init__(self):
        self.node_name = "cv_bridge_demo"
        
        rospy.init_node(self.node_name)
        
        # 关闭
        rospy.on_shutdown(self.cleanup)
        
        # 创建 rgb图像 显示窗口
        self.cv_window_name = self.node_name
        cv.NamedWindow(self.cv_window_name, cv.CV_WINDOW_NORMAL)
        cv.MoveWindow(self.cv_window_name, 25, 75)
        
        # 创建深度图像显示窗口
        cv.NamedWindow("Depth Image", cv.CV_WINDOW_NORMAL)
        cv.MoveWindow("Depth Image", 25, 350)
        
        # 创建 ros 图 到 opencv图像转换 对象
        self.bridge = CvBridge()
        
        # 订阅 深度图像和rgb图像数据发布的话题  以及定义 回调函数
        # the appropriate callbacks
        self.image_sub = rospy.Subscriber("input_rgb_image", Image, self.image_callback, queue_size=1)
        self.depth_sub = rospy.Subscriber("input_depth_image", Image, self.depth_callback, queue_size=1)
        # 登陆信息
        rospy.loginfo("Waiting for image topics...")
        rospy.wait_for_message("input_rgb_image", Image)
        rospy.loginfo("Ready.")

    # 收到rgb图像后的回调函数
    def image_callback(self, ros_image):
        # 转换图像格式到opencv格式
        try:
            frame = self.bridge.imgmsg_to_cv2(ros_image, "bgr8")
        except CvBridgeError, e:
            print e
        # 转换成 numpy 图像数组格式
        frame = np.array(frame, dtype=np.uint8)
        
        # 简单处理图像数据 颜色 滤波 边缘检测等
        display_image = self.process_image(frame)
                       
        # 显示图像
        cv2.imshow(self.node_name, display_image)
        
        # 检测键盘按键事件
        self.keystroke = cv2.waitKey(5)
        if self.keystroke != -1:
            cc = chr(self.keystroke & 255).lower()
            if cc == 'q':
                # The user has press the q key, so exit
                rospy.signal_shutdown("User hit q key to quit.")

    # 收到深度图像后的回调函数            
    def depth_callback(self, ros_image):
        # 转换图像格式到opencv格式
        try:
            # Convert the depth image using the default passthrough encoding
            depth_image = self.bridge.imgmsg_to_cv2(ros_image, "passthrough")
        except CvBridgeError, e:
            print e

        # 转换成 numpy 图像数组格式
        depth_array = np.array(depth_image, dtype=np.float32)
                
        # 深度图像 数据 正则化到 二值图像
        cv2.normalize(depth_array, depth_array, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)
        
        # 深度图像处理
        depth_display_image = self.process_depth_image(depth_array)
    
        # 现实结果
        cv2.imshow("Depth Image", depth_display_image)

    # rgb图像处理      
    def process_image(self, frame):
        # 转化成灰度图像
        grey = cv2.cvtColor(frame, cv.CV_BGR2GRAY)
        
        # 均值滤波
        grey = cv2.blur(grey, (7, 7))
        
        # Canny 边缘检测
        edges = cv2.Canny(grey, 15.0, 30.0)
        
        return edges
    
    # 深度图像处理
    def process_depth_image(self, frame):
        # 这里直接返回原图   可做其他处理
        return frame

    # 关闭节点 销毁所有 窗口
    def cleanup(self):
        print "Shutting down vision node."
        cv2.destroyAllWindows()   

# 主函数    
def main(args):       
    try:
        cvBridgeDemo()
        rospy.spin()
    except KeyboardInterrupt:
        print "Shutting down vision node."
        cv.DestroyAllWindows()

if __name__ == '__main__':
    main(sys.argv)
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安装 照相机驱动程序 获取视频流 usb_cam

      cd catkin_ws/src
      git clone git://github.com/bosch-ros-pkg/usb_cam.git
      catkin_make
      source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
      
使用rgb 摄像头获取的图像数据测试 上述节点功能   注意发布数据的话题 重映射到 上述节点指定的话题

 <launch>
   <node name="usb_cam" pkg="usb_cam" type="usb_cam_node" output="screen" >
     <param name="video_device" value="/dev/video0" />
     <param name="image_width" value="640" />
     <param name="image_height" value="480" />
     <param name="pixel_format" value="yuyv" />
     <param name="camera_frame_id" value="usb_cam" />
     <param name="io_method" value="mmap"/>
     <remap from="/usb_cam/image_raw" to="camera/image_raw"/>
   </node>

   </node> 
   <node name="cvDemo" pkg="vision_system" type="my_cv_bridge_demo.py" output="screen">
   </node>
 </launch>
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鼠标 选取 感兴趣区域

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
    使用opencv2 跟踪 用户鼠标选择的 区域
"""

import rospy # ros系统操作
import sys   # 系统程序 输入参数的获取等 
import cv2   # 新版opencv2 api 
import cv2.cv as cv # 老版 opencv api
from std_msgs.msg import String       # ros系统 消息类型 来自 std_msgs.msg 标准消息类型 
from sensor_msgs.msg import Image, RegionOfInterest, CameraInfo # ros 系统 消息类型 来自 sensor_msgs 传感器消息类型包 
from cv_bridge import CvBridge, CvBridgeError                   # ros 系统 图像 格式 转换到 opencv图像格式  以及转换失败的错误信息处理
import time        # 计时
import numpy as np # numpy 的数组

class ROS2OpenCV2(object):
    def __init__(self, node_name):        
        self.node_name = node_name
        rospy.init_node(node_name)
        rospy.loginfo("启动节点 " + str(node_name))
        # 关闭 
        rospy.on_shutdown(self.cleanup)
        
        # 一些参数 可由 launch文件 修改的参数
        self.show_text = rospy.get_param("~show_text", True)
        self.show_features = rospy.get_param("~show_features", True)
        self.show_boxes = rospy.get_param("~show_boxes", True)
        self.flip_image = rospy.get_param("~flip_image", False)
        self.feature_size = rospy.get_param("~feature_size", 10) # 点  圆形 的 半径

        # 传感器消息类型  感兴趣区域  发布话题 
        self.ROI = RegionOfInterest()
        self.roi_pub = rospy.Publisher("/roi", RegionOfInterest, queue_size=1)
        
        # 初始化 全局变量
        self.frame = None
        self.frame_size = None
        self.frame_width = None
        self.frame_height = None
        self.depth_image = None
        self.marker_image = None
        self.display_image = None
        self.grey = None
        self.prev_grey = None
        self.selected_point = None
        self.selection = None
        self.drag_start = None
        self.keystroke = None
        self.detect_box = None # 检测的目标区域位置框
        self.track_box = None  # 跟踪的目标区域位置框
        self.display_box = None
        self.keep_marker_history = False
        self.night_mode = False
        self.auto_face_tracking = False
        self.cps = 0            # 每秒 处理 次数 Cycles per second = number of processing loops per second.
        self.cps_values = list()
        self.cps_n_values = 20
        self.busy = False
        self.resize_window_width = 0  #窗口大小
        self.resize_window_height = 0
        self.face_tracking = False
        
        # 创建 显示 窗口
        self.cv_window_name = self.node_name
        cv.NamedWindow(self.cv_window_name, cv.CV_WINDOW_NORMAL)
        if self.resize_window_height > 0 and self.resize_window_width > 0:
            cv.ResizeWindow(self.cv_window_name, self.resize_window_width, self.resize_window_height)

        # 创建 ros 图 到 opencv图像转换 对象 bridge
        self.bridge = CvBridge()
        # 设置对应窗口 鼠标点击事件 回调函数
        cv.SetMouseCallback (self.node_name, self.on_mouse_click, None)
        
        # 订阅 深度图像和rgb图像数据发布的话题  以及定义 回调函数
        self.image_sub = rospy.Subscriber("input_rgb_image", Image, self.image_callback, queue_size=1)
        self.depth_sub = rospy.Subscriber("input_depth_image", Image, self.depth_callback, queue_size=1)
        
    # 鼠标点击事件回调函数                               
    def on_mouse_click(self, event, x, y, flags, param):
      # 允许用户用鼠标选者一个感兴趣区域   一个矩形框图  全局变量 selection 矩形框  <左上角点x 左上角点y  宽度 高度>
        if self.frame is None:
            return
        # 鼠标按下
        if event == cv.CV_EVENT_LBUTTONDOWN and not self.drag_start:
            self.features = []    #  初始化感兴趣区域
            self.track_box = None # 跟踪 框
            self.detect_box = None# 检测 框
            self.selected_point = (x, y)# 选择点
            self.drag_start = (x, y)    # 拖拽起点 后 开始拖拽
        # 鼠标抬起    
        if event == cv.CV_EVENT_LBUTTONUP:
            self.drag_start = None # 拖拽结束
            self.classifier_initialized = False
            self.detect_box = self.selection
        # 鼠标拖拽    
        if self.drag_start:
            xmin = max(0, min(x, self.drag_start[0]))# 起点 横坐标 为 鼠标选者区域的 横向 最小值 min(x, self.drag_start[0])
            ymin = max(0, min(y, self.drag_start[1]
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