激光雷达学习笔记（二）数据读取和显示

我使用的激光雷达都是日本产北阳电机公司Hokuyo的产品，URG04LX和UTM-30LX。UTM-30LX的价格贵一些，10买的时候大概3W，现在taobao价貌似已经涨到5W了，当然URG04LX也涨价了，09年买的时候是1W，只是不知道现在涨到了多少。

URG-04LX基本参数：

激光类型：λ=785nm，Class1，0.8mw激光

扫描距离：20-5600 mm

扫描范围：240度

角度分辨率：0.36度

距离分辨率：1mm

精度：距离 0.06-1m: +30 距离 1-4m:30%

扫描时间：100ms （10Hz刷新率）

接口类型：USB 2.0

输入电压：5V

消耗电流：500mA (最高可达800mA)

重量：160g

尺寸：50x50x70mm

典型寿命:5年

UTM-30LX基本参数：

Voltage 12.0 V ±10%
Current 0.7 A (Rush current 1.0 A)
Detection range 0.1 m to approximately 60 m (<30 m guaranteed)
Laser wavelength 870 nm, Class 1
Scan angle 270°
Scan time 25 ms/scan (40.0 Hz)
Angular resolution 0.25°
Interface USB 2.0
Weight 8.2 oz (233 g)

北阳电机提供激光雷达的上位机软件，叫做UrgBenri，可以很方便的进行数据的采集、显示、存储。如果想用C++程序自己采集可以参照上一篇笔记。

UrgBenri采集存储的数据是ASCII格式，可以直接用记事本之类的软件打开，数据格式基本是这样的：

[model]
UTM-30LX(Hokuyo Automatic Co.,Ltd.)
[frontStep]
540
[minDistance]
23
[maxDistance]
60000
[motorSpeed]
2400
[totalSteps]
1440
[captureMode]
GD_Capture_mode
[scanMsec]
25
[startStep]
0
[endStep]
1080
[serialNumber]
00904066
[timestamp]
793464
[logtime]
2013:1:12:15:6:32:312
[scan]
392;397;398;400;403;403;407;409;409;409;411;411;422;424;424;422;420;420;420;427;428;435;436;439;440;444;449;449;449;449;454;454;456;462;463;463;463;459;456;451;449;445;444;439;439;433;433;433;433;431;431;430;430;425;425;422;425;425;433;437;437;433;433;425;421;409;395;391;391;389;384;383;378;378;378;378;377;377;377;376;377;376;376;367;367;367;367;368;371;371;371;371;371;370;370;372;369;369;372;372;371;371;371;369;369;365;365;364;363;357;357;357;357;353;359;359;353;353;352;344;341;339;339;339;339;339;341;334;332;331;331;331;331;331;331;331;330;330;330;330;330;329;329;329;326;323;323;323;329;329;329;327;323;322;319;319;319;319;319;320;322;321;322;322;328;323;325;325;325;324;324;317;315;315;316;315;316;321;321;314;318;314;308;303;303;303;317;317;317;317;314;314;314;314;311;308;308;310;310;316;316;316;315;310;310;312;312;317;317;317;317;313;313;313;313;316;316;315;315;315;315;314;314;317;317;317;319;321;320;320;320;319;317;317;319;317;317;315;315;315;316;324;324;324;318;318;318;325;332;332;332;332;332;330;331;333;331;331;331;330;328;327;327;328;328;328;328;328;328;325;325;326;326;326;330;330;331;330;337;337;337;338;340;338;338;338;337;336;336;336;335;336;350;350;350;350;350;345;343;343;341;343;343;347;346;350;350;352;352;357;357;357;357;357;357;364;357;367;367;366;364;366;366;370;370;370;370;370;370;378;378;379;380;380;379;379;380;379;379;382;384;382;382;384;380;380;384;386;388;388;388;383;383;383;389;394;395;395;396;394;396;396;406;410;410;413;413;413;413;421;421;426;427;427;428;429;429;432;432;439;442;451;451;454;457;458;460;468;472;489;492;495;495;493;495;507;512;522;524;533;546;585;614;614;614;611;602;602;598;590;590;591;591;594;596;596;596;598;596;589;589;589;589;590;590;594;594;594;592;592;587;577;570;559;556;552;552;552;551;551;541;541;539;539;538;534;534;534;534;536;536;533;526;526;526;524;524;524;512;510;510;510;510;510;508;477;467;462;453;449;445;434;434;420;410;403;388;387;386;377;346;342;337;325;325;321;315;294;294;292;281;277;262;257;242;218;180;173;172;170;170;170;170;170;171;171;171;172;174;172;171;172;171;170;170;177;170;170;174;170;170;170;174;175;176;187;187;176;176;180;174;180;184;184;179;179;178;178;176;176;179;185;180;181;181;180;180;177;177;177;180;182;182;182;182;180;178;180;183;183;186;186;186;187;188;188;188;188;186;186;186;187;188;188;190;188;187;187;189;189;189;189;189;188;188;188;188;195;196;195;194;195;194;194;201;201;199;199;199;199;198;198;198;195;192;190;190;190;190;196;197;197;197;194;193;193;192;193;193;194;194;196;198;198;198;198;198;198;194;194;194;194;194;197;197;197;192;192;192;194;205;205;205;193;189;189;189;210;210;210;213;213;332;506;627;860;907;958;980;1031;1043;1111;1117;1117;1117;1000;986;985;985;985;981;981;978;971;970;970;970;970;976;976;977;977;981;981;981;945;945;945;946;956;970;975;979;979;975;948;933;920;898;859;836;823;814;799;799;794;794;793;793;789;773;748;745;736;732;727;727;727;727;729;743;744;744;744;742;729;725;711;706;706;706;708;699;698;693;690;689;688;684;675;668;665;660;660;660;660;659;659;649;644;644;646;649;647;649;647;647;634;631;631;634;628;628;625;623;622;615;601;601;601;601;601;601;589;589;589;589;590;590;590;583;583;583;580;576;576;575;575;577;577;572;569;568;567;567;568;566;568;568;566;566;561;561;561;559;557;557;557;561;562;562;561;557;557;557;559;559;560;561;561;561;561;563;563;561;561;561;559;556;556;556;562;562;562;556;556;552;552;550;547;543;547;548;548;555;555;555;553;553;547;547;547;547;547;542;541;541;541;548;551;558;558;552;552;558;559;561;564;564;564;567;567;567;568;568;570;568;568;570;573;573;573;573;568;567;568;565;565;567;573;567;567;566;566;566;574;574;574;568;568;568;570;572;572;572;573;569;569;569;573;575;579;579;579;582;581;581;585;587;587;587;585;581;581;581;586;586;586;586;586;586;597;605;605;607;610;612;612;613;620;623;625;629;645;648;650;650;650;645;638;638;638;645;647;647;647;647;647;647;674;695;696;696;696;695;681;681;696;701;737;814;880;880;880;860;828;799;791;764;737;735;723;723;723;722;722;722;722;723;728;733;733;733;711;705;683;677;672;671;669;668;662;641;641;639;634;630;630;612;606;606;609;606;606;590;585;578;578;575;575;560;560;556;551;549;548;547;538;536;535;520;520;517;515;513;509;503;489;489;490;490;490;490;485;479;465;465;465;468;468;468;458;457;448;448;446;440;440;439;431;405;405;405;413;416;419;419;418;416;418;418;418;416;408;408;408;410;410;410;403;396
[timestamp]
793514
[logtime]
2013:1:12:15:6:32:351
[scan]

[]内记录属性名，下一行会记录属性的内容，这个在读取的时候是非常的方便的。到[scan]不是文件结束了，而是后面又是一大串的数据，然后继续往下记录一帧一帧的数据。

首先用MATLAB编写了一份数据解析的代码，能够读取ubh文件并显示：

%根据ubh文件的特点，进行读取

%1 读取各个属性
% Search for number of string matches per line.
% fid = fopen('ring.ubh', 'rt');
fid = fopen('utm30LX.ubh', 'rt');
lineNumber = 0;
while feof(fid) ==0
    tline = fgetl(fid);
    switch(tline)
        case '[model]'
           model = fgetl(fid); %sscanf(fgetl(fid),'%d')
        case '[frontStep]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
        case '[minDistance]'
            minDistance = sscanf(fgetl(fid),'%d');
        case '[maxDistance]'
            maxDistance = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[motorSpeed]'
            motorSpeed = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[totalSteps]'
            totalSteps = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[captureMode]'
            captureMode = fgetl(fid);
         case '[scanMsec]'
            scanMsec = fgetl(fid);
         case '[startStep]'
            startStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[endStep]'
            endStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[serialNumber]'
            serialNumber = fgetl(fid);
         case '[timestamp]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[logtime]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[scan]'
            [rho,count] = sscanf(fgetl(fid),'%d;');
            %数据显示
            rho = rho';
            length = size(rho,2);
            theta = 1:length;
            polar(theta/4*pi/180,rho);
            pause(0.25);
           %对数据进行处理
           
        otherwise
            %disp('parameter init...');       
    end  
    lineNumber = lineNumber+1;
    disp(lineNumber);
%     if lineNumber >100
%        break; 
%     end
end
fclose(fid); 

显示效果如下：

    上一篇文章中提到，激光雷达的算法最终是需要移植到嵌入式设备上的，因此还是希望用C/C++来开发，这样便于移植。只是C++读取ubh格式的文件稍微有些麻烦，而在实时应用中也是直接从激光雷达获取一帧的数据进行处理，不会去读取ubh格式的文件，这里偷个懒，直接用Matlab将ubh文件拆分成一帧一帧的数据文件，然后再由C++一帧一帧的读取。

    Matlab已经能够将数据一帧一帧的读取出来，那么稍微改动几句据可以将每帧拆分成单个的文件存储。

%将ubh文件拆分成一个一个的CSV文件
%根据ubh文件的特点，进行读取
%1 读取各个属性
% Search for number of string matches per line.
fid = fopen('utm30LX.ubh', 'rt');
lineNumber = 0;
fileName = 'data_0.csv';
frameCnt = 0;
while feof(fid) ==0
    tline = fgetl(fid);
    switch(tline)
        case '[model]'
           model = fgetl(fid); %sscanf(fgetl(fid),'%d')
        case '[frontStep]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
        case '[minDistance]'
            minDistance = sscanf(fgetl(fid),'%d');
        case '[maxDistance]'
            maxDistance = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[motorSpeed]'
            motorSpeed = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[totalSteps]'
            totalSteps = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[captureMode]'
            captureMode = fgetl(fid);
         case '[scanMsec]'
            scanMsec = fgetl(fid);
         case '[startStep]'
            startStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[endStep]'
            endStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[serialNumber]'
            serialNumber = fgetl(fid);
         case '[timestamp]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[logtime]'
            frontStep = sscanf(fgetl(fid),'%d');
         case '[scan]'
            [rho,count] = sscanf(fgetl(fid),'%d;');
            %将数据写入文件
            fileName =  sprintf('data_%d.csv',frameCnt);
            fidw = fopen(fileName,'w');
            fprintf(fidw,'%d,',rho);
            fclose(fidw);
            frameCnt = frameCnt + 1;
            %数据显示
%             rho = rho';
%             length = size(rho,2);
%             theta = ((1:length)/4 - 45)*pi/180;
      
%             polar(theta,rho);
%             pause(0.1);
           %对数据进行处理    
        otherwise
            %disp('parameter init...');       
    end  
    lineNumber = lineNumber+1;
    disp(lineNumber);
%     if lineNumber >100
%        break; 
%     end
end
fclose(fid); 

    此时已经有了一帧一帧的雷达数据，可以进行计算了。C++读取文件比较简单，不再讲，但是在进行算法实现直线一个关键的问题实现雷达数据的显示，OpenCV是进行图像处理常用开源库，里面有很多库函数激光雷达也是可以用的，因此决定使用C++ + OpenCV来开发激光雷达的算法。刚好OpenCV可以进行数据的显示。

    雷达数据显示的基本思路是将数据绘制到一张图片上进行显示。（高兴，这下到了OpenCV的老本行啦）

OpenRadar.h

    

#pragma once
#include <iostream>
#include <cmath>
#include<cv.h>
#include<highgui.h>
using namespace std;
#include <vector>

static int RadarImageWdith  = 600;
static int RadarImageHeight = 600;

class OpenRadar
{
public:
    OpenRadar(void);
    ~OpenRadar(void);

    vector<int>RadarRho;
    //数据读取
    bool RadarRead(char *fileName);
    void CreateRadarImage(IplImage* RadarImage);
         
};

OpenRadar.cpp

#include "OpenRadar.h"
#define pi 3.141592653

OpenRadar::OpenRadar(void)
{
}


OpenRadar::~OpenRadar(void)
{
}
bool OpenRadar::RadarRead(char *fileName){
    FILE* fp = NULL;
    int dis = 0;
    int totalCnt = 0;
    fp = fopen(fileName,"r");
    if (fp == NULL)
    {
        //cout<<"failed to read"<<endl;
        return false;
    }else {
        //cout<<"successed to read"<<endl;
        RadarRho.clear();
        while(!feof(fp))
        {

            fscanf(fp, "%d, ", &dis);
            RadarRho.push_back(dis);
            //printf("%d  ", dis);
        }
        //cout<<"Total Count: "<<RadarRho.size()<<endl;
    }
    fclose(fp);
    return true;
}

void OpenRadar::CreateRadarImage(IplImage* RadarImage){
    //RadarImage = cvCreateImage(cvSize(RadarImageWdith,RadarImageHeight),IPL_DEPTH_8U,1);
    cvZero(RadarImage);
    //在中心加上一个圆心
    cvCircle(RadarImage, cvPoint(RadarImageWdith/2,RadarImageHeight/2),3, CV_RGB(0,255,255), -1, 8,0);

    int x,y;
    double theta,rho;
    unsigned char * pPixel = 0;
    int halfWidth  = RadarImageWdith/2;
    int halfHeight = RadarImageHeight/2;
    for (int i = 0; i < RadarRho.size();i++)
    {
        theta = (i/4.0 - 45)*pi/180;
        rho = RadarRho.at(i);

        x = (int)(rho*cos(theta)/5) + halfWidth;
        y = (int)(-rho*sin(theta)/5)+ halfHeight;

        if (x >= 0 && x < RadarImageWdith && y >= 0 && y < RadarImageHeight)
        {
            pPixel = (unsigned char*)RadarImage->imageData + y*RadarImage->widthStep + 3*x+2;
            *pPixel = 255;
        }else{
            //cout<<"x: "<<x<<"  y: "<<y<<endl;
        }
    }

}

main.cpp

#include"OpenRadar.h"
#include <iostream>
#include <cmath>
#include "io.h"
using namespace std;
const int MAX_POINT_COUNT = 1200;
int Rho[MAX_POINT_COUNT] = {0}; 

int main(){
    OpenRadar openRadar;
    char fileName[32] = "csv\\data_0.csv";
    int frameCnt = 0;
    char key;
    IplImage* RadarImage = cvCreateImage(cvSize(RadarImageWdith,RadarImageHeight),IPL_DEPTH_8U,3);
    while (access(fileName,0) == 0)
    {
        sprintf(fileName,"csv\\data_%d.csv",frameCnt);
        openRadar.RadarRead(fileName);
        
        openRadar.CreateRadarImage(RadarImage);
        cvNamedWindow("Radar",1);
        cvShowImage("Radar",RadarImage);
        key = cvWaitKey(30);
        if (key == 27)//esc退出
        {
            break;
        }
        frameCnt++;
    }
    cvReleaseImage(&RadarImage);
    cvDestroyWindow("Radar");
    return 0;
}

显示效果：

此时逐帧读取数据就可以连续的进行数据显示，下一步就是数据处理了~~那就看下一篇吧~~

激光雷达数据读取以及显示代码：

http://download.csdn.net/detail/renshengrumenglibing/5076486