栈板识别的思考

0.啰嗦几句

最近公司又变动了，所以又做了一个关于视觉的项目。简单说就是栈板定位，主要应用在AGV叉车上，当然这一套流程基本适用于所有的视觉项目。主要是看算法的设计和一些人为的经验。

1.结果图

可以看到在图像上3个托盘都分割出来了，然后现在的数据是栈板中心点的x、y、z、含有栈板插取面的倾斜角rotx、栈板识别的时间、栈板识别的置信度、还有一个栈板水平的倾角

2.视觉项目的流程

2.1 取图

获取图像是最重要的一步，毕竟巧妇难为无米之炊。一个视觉的项目做的好不好或者能不能做，80%的原因就在于数据的获取。
这次的数据是是用了sick 的visionary-t mini 。这个相机可以获取2种数据，一个是强度图一个是深度图。深度图可以转为点云图。所以这就意味着我们可以使用3种数据去完成栈板的识别。那么选择哪一个？或者怎么组合才是最好用的呢。

经过我的猜测和测试，我使用的是强度图和深度图相与，然后经过4分位获取的图像数据去训练模型。

2.2 训练

训练这一步没啥好说的，首先根据项目的要求，（包括检测的时间、精度、部署的设备、后期的更新和维护等），找到对应的baseline。我这里就直接使用yolov7（因为yolov8的协议要求使用yolov8的代码要开源）。

2.3推理

其实我第一个版本使用的是paddle 的 fastdeploy推理框架。首先是真的简单，易安装易使用。但是模型更新后也是真的难改，而且再把训练好的模型转为onnx，然后再推理框架推理的时候，效果总是比pytorch原版差很多。期间我还使用了mmdetec的推理框架，在win下也是很难用。
最后还是老老实实的的用yolov7的源代码，就用pytorch。别整那么多幺蛾子了。

2.4 软件开发

软件开发的主线是，
AGV小车给触发信号，软件收到触发信号，然后获取相机的一帧数据，然后使用模型推理，获取数据中栈板的位置，再通过坐标转化，转为AGV小车的位置信息
重点：
1.和AGV小车通讯是把软件作为tcp server 。和相机通讯是把软件作为tcp client。
2.获取相机的图片数据并把数据展示在软件上要使用多线程。
3.相机坐标系下的数据要和AGV小车的坐标系做标定

其他还有一些软件的功能就不再介绍，总之把握好主线就行。

3.一些思考和一些问题

3.1数据

其实相机获取的数据是没办法直接训练的，不管是强度图还是深度图。要不就是数据的范围太大，比如强度图从0-200000。如果直接映射到0-255  势必导致很多信息丢失。要不就是数据相似没有边缘特征，比如深度图，栈板和物体在相机下基本一致。栈板和地板上的数据也基本一致。而且客户要求的检测范围1.5m到3m 。把1500 映射到0-255也是会导致很多信息丢失。

我现在的做法是
1.把深度图做一个过滤，把小于1500变成0 大于也3000的变成0
2.使用强度图和深度图相与。这样就过滤掉一部分强度数据
3.取强度图的4分位数据，原因是看数据的直方图
4.最后在用一个直方图均衡保证图像的亮度均匀。

我们可以看到数据其实大部分在一个区间范围的，而且这个范围没有0-2000000那么大。大概可以看出来物体远一点就在0-255
物体近一点就在0-500左右。
所以我使用4分位获取 90%数据在那个范围。然后把数据裁剪到这个范围内再去做映射就会获得更好的效果。
这个还没有实际测试，所以在实验室效果还不错

现在改用对数变换压缩数据，直接且有效

3.2 结果

3.2.1 平面拟合

可以看到客户要求的结果还是挺多的，其中rotx是我们通过模型无法算出来的结果。
所以，我才用了平面拟合算法。获取栈板的平面法向量，然后用这个法向量作为栈板的倾斜角。
其中平面拟合算法，弄了好久。因为一开始使用的最小二乘法。这个算法有个优点就是快，但是缺点也很明显，对数据要求高。如果拟合平面的点是错误的，那么拟合的平面也是错误的。所以我们思考了好久怎么选取正确的点。后来发现怎么选择都是错的，因为这个算法就不适应。所以后面换成了使用RANSAC算法拟合平面。效果也是出奇的好。

3.2.2 直线拟合

客户还要栈板平面是否平整的判断，我只能说，虽然难，但是难不倒我。
我直接用模型推理的结果，然后做一个直线拟合，这样就可以把矩形框倾斜了。当然也获得了对应的倾斜角。

4.总结一下

对于视觉的项目，要多积极的思考。没有一个万能的模型。
我们可以通过数据，通过传统的机器视觉，通过统计学习。综合的思考才能完成项目
byd 数字图像处理（冈萨雷斯）真是太棒了