基于二维码的室内定位技术（二）——实现
作者介绍：周语馨 from 南京大学 to 英特尔亚太研发有限公司
[email protected]
在《基于二维码的室内定位技术（一）——原理》中我已经讲解了计算α、β和z0的方法了，这里我就要实现它。
大致的思路是这样的：
（1）使用摄像头获取一帧；
（2）识别摄像头中的二维码；
（3）如果二维码的内容以“QRLocation,”开头，则继续第（4）步，否则返回第（1）步；
（4）识别“QRLocation,”后面的小数，作为二维码的边长
（5）识别二维码左右两条边沿，如果边沿太倾斜，则返回第（1）步，否则继续第（6）步；
（6）使用二维码的四个顶点坐标按前文所述的算法计算α、β和z0。
直接上代码，代码里注释很详细，而且我的代码一向很干净～
QRLocation.h
#ifndef QRLOCATION_H #define QRLOCATION_H /* 二维码的内容必须符合格式： QRLocation,其中 是一个实数，表示二维码边长 */ #include #include #include //二维码倾斜阈值 #define QRLOCATION_INCLINATION_THRESHOLD 0.1 //调试窗口标题 #define QRLOCATION_DEBUGUI_TITLE "debugui" //二维码位姿 typedef struct QRPose { //二维码中心所在铅垂线与O点构成的平面和Z轴形成的夹角 double a; //二维码所在平面与X轴构成的夹角 double b; //二维码中心到XOY平面的距离 double z; } QRPose_t; //二维码定位算法 class QRLocation { public: //初始化，第一个参数为摄像头编号，第二个参数为摄像头上下视角，第三个参数为是否开启调试窗口 bool init(int webcamIndex,double hViewAngle,bool debugUI); //获取二维码位姿 bool getQRPose(QRPose_t* qrPose); //销毁 bool destroy(); private: //摄像头 CvCapture* capture; //摄像头上下视角 double hViewAngle; //是否开启调试窗口 bool debugUI; //灰度图 IplImage* grayFrame; //图片扫描器 zbar::ImageScanner scanner; private: //计算位姿（格式合法性判断） bool getQRPose(zbar::Image::SymbolIterator symbol,QRPose_t* qrPose); //计算位姿（算法） bool getQRPose(zbar::Image::SymbolIterator symbol,double qrSize,QRPose_t* qrPose); }; #endif
QRLocation.cpp
#include "QRLocation.h" #include#include using namespace std; using namespace zbar; bool QRLocation::init(int webcamIndex,double hViewAngle,bool debugUI) { //打开摄像头 capture=cvCreateCameraCapture(webcamIndex); //摄像头不存在 if(!capture) return false; this->hViewAngle=hViewAngle; this->debugUI=debugUI; grayFrame=0; //配置zbar图片扫描器 scanner.set_config(zbar::ZBAR_NONE,zbar::ZBAR_CFG_ENABLE,1); //如果开启调试，则创建窗口，名称为“debugui”，自动调整大小 if(debugUI) cvNamedWindow(QRLOCATION_DEBUGUI_TITLE,CV_WINDOW_AUTOSIZE); } bool QRLocation::getQRPose(QRPose_t* qrPose) { //从摄像头中抓取一帧 IplImage* frame=cvQueryFrame(capture); //图像为空 if(!frame) return false; //如果灰度图没有创建，就创建一个和原图一样大小的灰度图（8位色深，单通道） if(!grayFrame) grayFrame=cvCreateImage(cvGetSize(frame),IPL_DEPTH_8U,1); //原图转灰度图 cvCvtColor(frame,grayFrame,CV_BGR2GRAY); //如果开启调试，则显示灰度图 if(debugUI) { cvShowImage(QRLOCATION_DEBUGUI_TITLE,grayFrame); cvWaitKey(50); } //创建zbar图像 Image image(frame->width,frame->height,"Y800",grayFrame->imageData,frame->width*frame->height); //扫描图像，识别二维码，获取个数 int symbolCount=scanner.scan(image); //获取第一个二维码 Image::SymbolIterator symbol=image.symbol_begin(); //遍历所有识别出来的二维码 while(symbolCount--) { //能够识别 if(getQRPose(symbol,qrPose)) return true; //下一个二维码 ++symbol; } return false; } bool QRLocation::getQRPose(Image::SymbolIterator symbol,QRPose_t* qrPose) { //首先得是一个二维码 if(symbol->get_type_name()!="QR-Code") return false; //获取内容 char data[128]; strncpy(data,symbol->get_data().c_str(),sizeof(data)-1); data[sizeof(data)-1]=0; //内容得是以“QRLocation,”开头 if(strncmp(data,"QRLocation,",11)!=0) return false; //获取二维码边长 double qrSize=0; sscanf(data+11,"%lf",&qrSize); if(qrSize==0) return false; //计算位姿 return getQRPose(symbol,qrSize,qrPose); } bool QRLocation::getQRPose(Image::SymbolIterator symbol,double qrSize,QRPose_t* qrPose) { //获得四个点的坐标 double x0=symbol->get_location_x(0); double y0=symbol->get_location_y(0); double x1=symbol->get_location_x(1); double y1=symbol->get_location_y(1); double x2=symbol->get_location_x(2); double y2=symbol->get_location_y(2); double x3=symbol->get_location_x(3); double y3=symbol->get_location_y(3); //左边沿纵向差 double leftH=y1-y0; //右边沿纵向差 double rightH=y2-y3; //必须保证0点高于1点，3点高于2点 if(leftH<0||rightH<0) return false; //左边沿横向差 double leftW=abs(x0-x1); //右边沿横向差 double rightW=abs(x2-x3); //不能太倾斜 if(max(leftW/leftH,rightW/rightH)>QRLOCATION_INCLINATION_THRESHOLD) return false; //上下视角一半的正切值，因为一直要用，所以先计算出来 double tanHalfView=tan(hViewAngle/2); double leftLen=sqrt(leftH*leftH+leftW*leftW); double rightLen=sqrt(rightH*rightH+rightW*rightW); //左边沿的深度 double leftZ=grayFrame->height*qrSize/tanHalfView/2/leftLen; //右边沿的深度 double rightZ=grayFrame->height*qrSize/tanHalfView/2/rightLen; //得到中心点的深度 double z=(leftZ+rightZ)/2; //计算b的正弦值 double sinB=(leftZ-rightZ)/qrSize; if(sinB>1) return false; //得到b double b=asin(sinB); //两条对角线的系数和偏移 double k1=(y2-y0)/(x2-x0); double b1=(x2*y0-x0*y2)/(x2-x0); double k2=(y3-y1)/(x3-x1); double b2=(x3*y1-x1*y3)/(x3-x1); //两条对角线交点的X坐标 double crossX=-(b1-b2)/(k1-k2); //计算a的正切值 double tanA=tanHalfView*(2*crossX-grayFrame->width)/grayFrame->height; //得到a double a=atan(tanA); qrPose->a=a; qrPose->b=b; qrPose->z=z; return true; } bool QRLocation::destroy() { //释放灰度图 cvReleaseImage(&grayFrame); //销毁窗口 cvDestroyWindow(QRLOCATION_DEBUGUI_TITLE); //释放内存 cvReleaseCapture(&capture); }
接下来写一个测试程序：
QRLocationTest.cpp
#include "QRLocation.h" #includeint main() { QRLocation qrLoc; if(!qrLoc.init(1,0.60,true)) return 1; QRPose_t pose; while(true) { if(qrLoc.getQRPose(&pose)) { double aInDegree=pose.a*180/3.1415; double bInDegree=pose.b*180/3.1415; printf("a=%.2lf,b=%.2lf,z=%.2lf\n",aInDegree,bInDegree,pose.z); } } }
代码中使用的摄像头的索引是1,如果你的电脑只有1个摄像头，要改为0。0.60是我的这个摄像头的上下视角的弧度。不同的摄像头上下视角不同，需要测量。
Makefile：
all:$(subst src/,obj/,$(subst .cpp,.o,$(wildcard src/*.cpp))) g++ $^ -o QRLocationTest `pkg-config opencv --libs --cflags opencv` -lzbar obj/%.o: src/%.cpp g++ -c $^ -o $@ clean: rm obj/*
嗯，所有代码放在src子目录下，然后创建一个obj子目录用来存在.o文件。make之后，产生一个可执行文件QRLocationTest。以普通权限就可以运行了。运行后，在摄像头前面放置一张二维码，比如下面这张：
如果你的显示器正常的话，这个二维码的边长应该5.7cm，它的内容则是“QRLocation,5.7”。
摄像头以一定的倾斜角拍摄二维码，场景如下：
可以看到控制台的输出：
可以看到输出还是比较准确的～