【K210】K210学习笔记二——image
- 前言
- 寻找色块相关类和函数定义
- 类定义
- 实例化类
- 类中各参数的设置
- 黑色设置
- 红色设置
- 寻找色块函数定义
- 测试寻找色块
- 完整源码
前言
本人大四学生，电赛生涯已经走到尽头，一路上踩过不少坑，但运气也不错拿了两年省一，思来想去，决定开始写博客，将电赛经验分享一二，能力有限，高手轻喷。
本篇主要是介绍 K210 上的 image 机器视觉模块。如果你要使用 K210 来进行一些颜色追踪（比如识别黑色，传回坐标让小车寻线，或者是识别其他颜色的线），那么你首先要做的就是将 sensor 配置好，如果配置不好，会直接影响颜色追踪的效果。
sensro的配置可以看我上一篇学习笔记，传送门
【K210】K210学习笔记一——sensor
如果你配置完了，就可以接着学习如何用 image 模块做一些事情啦！
本文着重于 image 模块中的一个函数 find_blobs 也就是寻找色块的函数，因为多次比赛使用下来，给我的感觉就是 image 模块中最好用的便是寻找色块这个函数。其他的函数做的都比较差（个人感觉），比如识别形状的那几个函数，但其实找色块也是可以识别形状的。我这两年来做无人机题的识别都靠的是这一个函数，另外这两年的小车题靠这个函数也是可以的，只要你懂得怎么处理，我就分享一下我的使用心得，另外这个作为 image 模块的使用贴，后续如果我发现了其他函数有什么好用之处，也会在这里更新。
寻找色块相关类和函数定义
类定义
这里定义了颜色属性类，主要是用于保存找到的色块的一些信息，以及色块的阈值，寻找区域等信息。
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# 寻找色块
# 定义类
class color_property():
cx = 0 # 色块 x轴 中心坐标
cy = 0 # 色块 y轴 中心坐标
flag = 0 # 色块标志位 1 找到 0 未找到
color = 0 # 色块颜色标志位 例如 你可以用 1 来表示 黑色
density = 0 # 色块密度比 反映色块锁定程度 值越大 锁定程度越好
pixels_max = 0 # 色块像素最大值
led_flag = 0 # LED标志位 方便调试用
color_threshold = (0, 0, 0, 0, 0, 0) # 色块颜色阈值
color_roi = (0,0,320,240) # 色块寻找区域（感兴趣区域）
color_x_stride = 1 # 色块 x轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
color_y_stride = 1 # 色块 y轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
color_pixels_threshold = 100 # 色块 像素个数阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块像素小于100的色块
color_area_threshold = 100 # 色块 被框面积阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块被框面积小于100的色块
color_merge = True # 是否合并寻找到的色块 True 则合并 False 则不合并
color_margin = 1 # 色块合并间距 例如调节此参数为1 若上面选择True合并色块 且被找到的色块有多个 相距1像素 则会将这些色块合并
实例化类
这里我实例化了4个类，分别是黑色、红色、绿色、蓝色。举例我只举例两个，一个是找黑色色块（我在无人机上用这个方法找到黑色降落点），一个是找红色线（去年小车题就可以找红线），绿色和蓝色预留。当然你也可以依据你的需要定义找其他颜色。
# 实例化类
# 黑色
black = color_property()
black.color_threshold = (0, 50, -10, 10, -10, 10)
black.color_roi = (0,0,320,240)
black.color_x_stride = 1
black.color_y_stride = 1
black.color_pixels_threshold = 100
black.color_area_threshold = 100
black.color_merge = True
black.color_margin = 1
# 红色
red = color_property()
red.color_threshold = (0, 100, 20, 127, -5, 127)
#red.color_roi = (0,0,320,240)
red.color_roi = (0,110,320,20)
red.color_x_stride = 1
red.color_y_stride = 1
#red.color_pixels_threshold = 100
#red.color_area_threshold = 100
red.color_pixels_threshold = 10
red.color_area_threshold = 10
red.color_merge = True
red.color_margin = 1
# 绿色 预留
green = color_property()
# 蓝色 预留
blue = color_property()
类中各参数的设置
黑色设置
第一个参数 black.color_threshold 是设置黑色的阈值，可由阈值编辑器得到（直接在阈值编辑器中复制，然后粘贴到 black.color_threshold = 后面，覆盖掉原来的阈值即可）。阈值这个参数不是万能的，要依据个人实际情况进行设置，最准确的就是上电运行，将摄像头对着被追踪物体，然后停止运行，打开阈值编辑器取阈值。
第二个参数是设置色块寻找区域，对于 QVGA ，全屏寻找就设置成(0,0,320,240)，这四个参数分别代表的是x,y,w,h，即x轴开始坐标，y轴开始坐标，x轴宽度，y轴高度。x轴和y轴的零点坐标都在图像的左上方。这个值略微修改就可以摇身一变，让寻找色块变成巡线。比如你可以设置这个值为(0,110,320,20)，就表示你要从x轴的0坐标开始，到x轴的320，y轴的110坐标开始，到y轴的130，寻找色块，这样一来，就可以知道小车的当前位置是在x轴哪里，x轴中心是160，如果当前位置小于160，就左转，大于160，就右转，这样就可以完成巡线。
第三和第四个参数是设置色块x轴、y轴上像素的最小宽度，如果被寻找的目标比较大，可以调大这两个参数提高寻找速度。
第五个参数 black.color_pixels_threshold 是设置被找色块像素的个数阈值，如果被找到的色块像素个数少于这个值，将会被滤除，这是作为一种辅助手段，排除环境干扰的好方法。
第六个参数 black.color_area_threshold 是设置被找色块被框面积的个数阈值，如果被找到的色块被框面积少于这个值，将会被滤除，这是作为一种辅助手段，排除环境干扰的好方法。
第七个参数 black.color_merge 是需不需要合并找到的像素，一般都是需要的。
第八个参数 black.color_margin 是控制色块合并间距，例如调节此参数为1，若上面选择True合并色块且被找到的色块有多个，它们之间如果相距1像素，则会将这些色块合并。
# 实例化类
# 黑色
black = color_property()
black.color_threshold = (0, 50, -10, 10, -10, 10)
black.color_roi = (0,0,320,240)
black.color_x_stride = 1
black.color_y_stride = 1
black.color_pixels_threshold = 100
black.color_area_threshold = 100
black.color_merge = True
black.color_margin = 1
阈值编辑器打开方式，源图像位置来自帧缓冲区。
阈值编辑器的使用方法很简单，拖动进度条改变 LAB 阈值即可，白色是被追踪的颜色阈值，保证白色尽量集中在被追踪的物体上即可。
红色设置
各参数的设置原因已经在黑色设置中说明了，通过对比我们可以发现，相对于黑色，红色这里的设置是将阈值改成了红色阈值，压缩了y轴的感兴趣区域，调小了滤除色块的参数，如果用于巡红线，就可以获取红线的位置信息。
# 红色
red = color_property()
red.color_threshold = (0, 100, 20, 127, -5, 127)
#red.color_roi = (0,0,320,240)
red.color_roi = (0,110,320,20)
red.color_x_stride = 1
red.color_y_stride = 1
#red.color_pixels_threshold = 100
#red.color_area_threshold = 100
red.color_pixels_threshold = 10
red.color_area_threshold = 10
red.color_merge = True
red.color_margin = 1
寻找色块函数定义
这里定义了寻找色块的函数，使用的时候将实例类传入即可。led_flag是为了方便脱机运行的时候判断识别效果，后续文章会介绍到怎么用，这里先定义。
# 定义寻找色块函数
def opv_find_blobs(color,led_flag):
color.pixels_max = 0 # 重置 色块 最大像素数量
color.flag = 0 # 重置 色块 标志位
color.led_flag = 0 # 重置 led 标志位
for blobs in img.find_blobs([color.color_threshold], # 色块颜色阈值
roi = color.color_roi, # 色块寻找区域（感兴趣区域）
x_stride = color.color_x_stride, # 色块 x轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
y_stride = color.color_y_stride, # 色块 y轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
pixels_threshold = color.color_pixels_threshold, # 色块 像素个数阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块像素小于100的色块
area_threshold = color.color_area_threshold, # 色块 被框面积阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块被框面积小于100的色块
merge = color.color_merge, # 是否合并寻找到的色块 True 则合并 False 则不合并
margin = color.color_margin): # 色块合并间距 例如调节此参数为1 若上面选择True合并色块 且被找到的色块有多个 相距1像素 则会将这些色块合并
img.draw_rectangle(blobs[0:4]) # 圈出找到的色块
if color.pixels_max < blobs.pixels(): # 找到面积最大的色块
color.pixels_max = blobs.pixels()
color.cx = blobs.cx() # 将面积最大的色块的 x轴 中心坐标值 赋值给 color
color.cy = blobs.cy() # 将面积最大的色块的 y轴 中心坐标值 赋值给 color
color.flag = 1 # 标志画面中有找到色块
color.density = blobs.density() # 将面积最大的色块的 色块密度比 赋值给 color
color.led_flag = led_flag # 将控制led颜色的标志位的值 赋值给 color
if color.flag == 1: # 标记画面中被找到的最大色块的中心坐标
img.draw_cross(color.cx,color.cy, color=127, size = 15)
img.draw_circle(color.cx,color.cy, 15, color = 127)
测试寻找色块
测试寻找色块之前，需要定义一个函数，用来打印被寻找到的色块信息，方便调试使用。
# 定义打印色块参数函数
def print_blobs_property(color,name):
print(name,"cx:",color.cx,"cy:",color.cy,"flag:",color.flag,"color:",color.color,"density:",color.density,"led_flag:",color.led_flag)
主函数如下所示，这里寻找两个色块，一个是寻找黑色色块，另一个是寻找红线，然后间隔一定时间，将结果打印出来。
#__________________________________________________________________
# 主函数
while(True):
clock.tick() # 跟踪运行时间
img = sensor.snapshot() # 拍摄一张照片
opv_find_blobs(black,1) # 找黑色色块 led标志为1 表示黑色
opv_find_blobs(red,2) # 找红色色块 led标志为2 表示红色
if mycnt == 0: # 如果 mycnt 等于 0 此步骤的目的是控制打印周期 不要打印的太快
mycnt = 1 # 将 1 赋值给 mycnt 使下一次不再满足 mycnt == 0 进入 elif
print_sensor() # 打印sensor参数
print_blobs_property(black,"Black-") # 打印黑色色块参数
print_blobs_property(red, "Red- ") # 打印红色色块参数
elif mycnt < mycnt_max: # 计数变量 小于 计数上限 则 计数变量 自增
mycnt = mycnt + 1
else: # 计数变量 超出 计数上限 则 将0赋值给 mycnt 使下一次进入 if
mycnt = 0
黑色色块测试结果，可以看到寻找效果还不错。
红线测试效果，可以看到寻找效果还不错。
完整源码
完整源码如下所示，大家可以复制该源码，进行测试，下一次学习笔记将会记录K210按键的配置、LED的配置、LCD显示屏的配置，我们下期再见~！
# image_V1.0 - By: FITQY - 周一 8 月 22 日 2022
#__________________________________________________________________
# 导入模块
import sensor, time, image # 导入感光元件模块 sensor 跟踪运行时间模块 time 机器视觉模块 image
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# 感光元件设置
sensor.reset() # 重置并初始化感光元件 默认设置为 摄像头频率 24M 不开启双缓冲模式
#sensor.reset(freq=24000000, dual_buff=True) # 设置摄像头频率 24M 开启双缓冲模式 会提高帧率 但内存占用增加
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565) # 设置图像格式为 RGB565 (彩色) 除此之外 还可设置格式为 GRAYSCALE 或者 YUV422
sensor.set_framesize(sensor.QVGA) # 设置图像大小为 QVGA (320 x 240) 像素个数 76800 K210最大支持格式为 VGA
sensor.set_auto_exposure(1) # 设置自动曝光
#sensor.set_auto_exposure(0, exposure=120000) # 设置手动曝光 曝光时间 120000 us
sensor.set_auto_gain(0, gain_db = 12) # 设置画面增益 17 dB 影响实时画面亮度
sensor.set_auto_whitebal(0, rgb_gain_db = (0,0,0)) # 设置RGB增益 0 0 0 dB 影响画面色彩呈现效果 在 K210 上无法调节增益 初步判定是感光元件 ov2640 无法支持
#sensor.set_contrast(0) # 设置对比度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_brightness(0) # 设置亮度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
#sensor.set_saturation(0) # 设置饱和度 0 这个参数无法读取 且调这个参数对画面似乎不会产生影响 暂时注释
sensor.set_vflip(1) # 打开垂直翻转 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.set_hmirror(1) # 打开水平镜像 如果是 01Studio 的 K210 不开启会导致画面方向与运动方向相反
sensor.skip_frames(time = 2000) # 延时跳过2s 等待感光元件稳定
#__________________________________________________________________
# 创建时钟对象
clock = time.clock() # 创建时钟对象 clock
#__________________________________________________________________
# 寻找色块
# 定义类
class color_property():
cx = 0 # 色块 x轴 中心坐标
cy = 0 # 色块 y轴 中心坐标
flag = 0 # 色块标志位 1 找到 0 未找到
color = 0 # 色块颜色标志位 例如 你可以用 1 来表示 黑色
density = 0 # 色块密度比 反映色块锁定程度 值越大 锁定程度越好
pixels_max = 0 # 色块像素最大值
led_flag = 0 # LED标志位 方便调试用
color_threshold = (0, 0, 0, 0, 0, 0) # 色块颜色阈值
color_roi = (0,0,320,240) # 色块寻找区域（感兴趣区域）
color_x_stride = 1 # 色块 x轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
color_y_stride = 1 # 色块 y轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
color_pixels_threshold = 100 # 色块 像素个数阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块像素小于100的色块
color_area_threshold = 100 # 色块 被框面积阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块被框面积小于100的色块
color_merge = True # 是否合并寻找到的色块 True 则合并 False 则不合并
color_margin = 1 # 色块合并间距 例如调节此参数为1 若上面选择True合并色块 且被找到的色块有多个 相距1像素 则会将这些色块合并
# 实例化类
# 黑色
black = color_property()
black.color_threshold = (0, 50, -10, 10, -10, 10)
black.color_roi = (0,0,320,240)
black.color_x_stride = 1
black.color_y_stride = 1
black.color_pixels_threshold = 100
black.color_area_threshold = 100
black.color_merge = True
black.color_margin = 1
# 红色
red = color_property()
red.color_threshold = (0, 100, 20, 127, -10, 127)
#red.color_roi = (0,0,320,240)
red.color_roi = (0,110,320,20)
red.color_x_stride = 1
red.color_y_stride = 1
#red.color_pixels_threshold = 100
#red.color_area_threshold = 100
red.color_pixels_threshold = 10
red.color_area_threshold = 10
red.color_merge = True
red.color_margin = 1
# 绿色 预留
green = color_property()
# 蓝色 预留
blue = color_property()
# 定义寻找色块函数
def opv_find_blobs(color,led_flag):
color.pixels_max = 0 # 重置 色块 最大像素数量
color.flag = 0 # 重置 色块 标志位
color.led_flag = 0 # 重置 led 标志位
for blobs in img.find_blobs([color.color_threshold], # 色块颜色阈值
roi = color.color_roi, # 色块寻找区域（感兴趣区域）
x_stride = color.color_x_stride, # 色块 x轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
y_stride = color.color_y_stride, # 色块 y轴 像素最小宽度 色块如果比较大可以调大此参数 提高寻找速度
pixels_threshold = color.color_pixels_threshold, # 色块 像素个数阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块像素小于100的色块
area_threshold = color.color_area_threshold, # 色块 被框面积阈值 例如调节此参数为100 则可以滤除色块被框面积小于100的色块
merge = color.color_merge, # 是否合并寻找到的色块 True 则合并 False 则不合并
margin = color.color_margin): # 色块合并间距 例如调节此参数为1 若上面选择True合并色块 且被找到的色块有多个 相距1像素 则会将这些色块合并
img.draw_rectangle(blobs[0:4]) # 圈出找到的色块
if color.pixels_max < blobs.pixels(): # 找到面积最大的色块
color.pixels_max = blobs.pixels()
color.cx = blobs.cx() # 将面积最大的色块的 x轴 中心坐标值 赋值给 color
color.cy = blobs.cy() # 将面积最大的色块的 y轴 中心坐标值 赋值给 color
color.flag = 1 # 标志画面中有找到色块
color.density = blobs.density() # 将面积最大的色块的 色块密度比 赋值给 color
color.led_flag = led_flag # 将控制led颜色的标志位的值 赋值给 color
if color.flag == 1: # 标记画面中被找到的最大色块的中心坐标
img.draw_cross(color.cx,color.cy, color=127, size = 15)
img.draw_circle(color.cx,color.cy, 15, color = 127)
# 定义打印色块参数函数
def print_blobs_property(color,name):
print(name,"cx:",color.cx,"cy:",color.cy,"flag:",color.flag,"color:",color.color,"density:",color.density,"led_flag:",color.led_flag)
#__________________________________________________________________
# 打印sensor参数
def print_sensor():
print("Exposure: "+str(sensor.get_exposure_us())) # 打印 曝光时间
print("Gain: "+str(sensor.get_gain_db())) # 打印 画面增益
print("RGB: "+str(sensor.get_rgb_gain_db())) # 打印 RGB 增益
#__________________________________________________________________
# 调试区
mycnt = 0 # 计数变量
mycnt_max = 30 # 计数上限 此值越大 计数周期越长
#__________________________________________________________________
# 主函数
while(True):
clock.tick() # 跟踪运行时间
img = sensor.snapshot() # 拍摄一张照片
opv_find_blobs(black,1) # 找黑色色块 led标志为1 表示黑色
opv_find_blobs(red,2) # 找红色色块 led标志为2 表示红色
if mycnt == 0: # 如果 mycnt 等于 0 此步骤的目的是控制打印周期 不要打印的太快
mycnt = 1 # 将 1 赋值给 mycnt 使下一次不再满足 mycnt == 0 进入 elif
print_sensor() # 打印sensor参数
print_blobs_property(black,"Black-") # 打印黑色色块参数
print_blobs_property(red, "Red- ") # 打印红色色块参数
elif mycnt < mycnt_max: # 计数变量 小于 计数上限 则 计数变量 自增
mycnt = mycnt + 1
else: # 计数变量 超出 计数上限 则 将0赋值给 mycnt 使下一次进入 if
mycnt = 0
#__________________________________________________________________
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