Реалізація алгоритму PID з використанням комп'ютерного зору

Я будую автоматичний лабіринт-вирішувач лабіринту та використовую веб-камеру для управління своїм лабіринтом.

На основі пропозицій на інших форумах я намагаюся контролювати рух кулі лабіринту хоча б в одному напрямку в даний момент. Отже, я намагаюся керувати рухом м’яча між двома координатами 466,288 і 466,152. Вхід на плату контролера крокового двигуна - час, кількість кроків для обертання для кожної осі, тобто x і y.

Плата контролера крокового двигуна, якою я користуюся, - це плата контролера крокового двигуна яєчного бота: http://www.sparkfun.com/products/10025

Тож, щоб рухатись між двома точками, я повинен створити декілька точок шляху між двома точками, а саме 288 та 152 (скажімо, 260 240 230 ... 150) і відкоригувати свій рух м'яча?

Мій алгоритм обробки зображень недостатньо швидкий для того, щоб відслідковувати кулю, що м'яч просто би крутився і потрапляв у лунку.

Деякі запропонували використовувати стандартний шаблон, як показано на наступному відео, і виправити рухи м'яча для відхилення шляху:

http://www.youtube.com/watch?v=Prq78ctJ2Rk&feature=player_embedded

Я також натрапив на інструмент для обробки зображень, де вони вирішили ту саму проблему, використовуючи точки руху для руху м’яча. Бачачи занадто багато рішень однієї і тієї ж проблеми, я повністю заплутаний у вирішенні проблеми. Мені відомо, що я повинен реалізувати PID-контролер. Але як я повинен вирішувати проблеми поетапно? Я застряг і просто засмучений у пошуку головної частини у вирішенні проблеми.

Моя установка виглядає так:

... і ось скріншот мого програмного забезпечення:

Версія 2: Зараз я також зіткнувся з новою проблемою: раніше я керував кроковими двигунами через аплет Java для серійного порту Arduino. Я вмію водити степери за допомогою аплету.

Мені доводиться скидати плату щоразу, коли я намагаюся спілкуватися через послідовний порт. Також кроковий двигун заряджає себе невеликими інтервалами, коли на нього не надсилається жодна команда. Коли кроковий двигун переходить у цей режим, я не можу керувати своєю платою, не скидаючи плату. Будь-яка допомога буде вдячна.

Версія 3:

Я досяг певного прогресу там, де я реалізував алгоритм PID. Знайдіть відео нижче: http://www.youtube.com/watch?v=MEfp7RqPmqY

Тепер у мене є проблема зі швидкістю, з якою реалізується алгоритм PID. Насправді моя обробка зображення закінчує цикл у 200 мс, визначає кульку та надсилає команди на плату контролера крокового двигуна. Незважаючи на те, що на мій послідовний порт надсилаються команди для перемикання напрямків, мій степпер продовжує обертатися в тому ж напрямку. Ви можете знайти дивну поведінку у відео вище.

Моя думка полягає в тому, що я повинен обмежувати значення PID стелею, де, якщо обчислене значення PID більше 100, я повинен просто надіслати 100. Я з нетерпінням чекаю ваших думок з цього приводу.

Те, як я реалізував PID-контролер, полягає в тому, що я визначив початкову точку шаблону за допомогою алгоритму відповідності шаблону та визначив кулю за допомогою іншого алгоритму відповідності шаблону. Тепер я змусив м'яч переміститися до центрального шаблону вихідної точки. Як змусити його слідувати прямій лінії з алгоритмом PID?

Версія 4:

Я виділив траєкторію, але я не в змозі знайти правильну функцію для друку правильних координат пікселів від початкової точки. Будь-які думки?

По-перше, оскільки степери чудово позиціонують (немає необхідності у зворотному становищі), ви, звичайно, повинні обмежувати їх рух, як ви самі говорили. Я не впевнений, як зараз сконструйований вал двигуна, але якщо він був закріплений на моторі, дозволяючи йому продовжувати обертання, ризикує пошкодити обладнання.

Далі, затримка транспортування у вашому датчику за 200 мс, ймовірно, буде надто повільною, інакше вам знадобиться багато сповільнити речі, щоб уповільнити саму кульку. Подібно до того, що сказав Rocket Surgeon , вам слід спростити алгоритм обробки зображень, щоб обчислити шлях лише один раз , а потім швидко обчислити лише положення кулі в кожному кадрі. Якщо ви хочете швидко пропустити цей крок, знайдіть червону кулю замість цього, а потім перевірте лише червоний компонент на вашому RGB-зображенні, поки ви не знайдете кращий алгоритм.

Для управління PID почніть з того, що вам фактично потрібні два окремі PID-контролери, один для двигуна схід-захід, другий для північ-південь. Якщо у вас два точних мотора, їх параметри повинні бути рівними.

Щоб діяв PID-контролер, він повинен знати помилку : різницю між бажаним положенням і фактичним положенням кулі. Компоненти X і Y цього зміщення будуть входами для двох PID-контролерів (по одному для кожного двигуна). Щоб отримати помилку, потрібно спочатку мати потрібне положення на своєму шляху: траєкторію .

Щоб отримати траєкторію, потрібно обробити зображення та отримати шлях , а також його початкову та кінцеву точку. Я не впевнений, чи здатний ваш алгоритм відрізнити шлях від решти плати прямо зараз, але якщо ні, зауважте, що це власний алгоритм, який потрібно впоратися, перш ніж продовжувати. Знову ж таки, ви можете пропустити цю частину, ввівши вручну точки з'єднання, якщо ви хочете швидко побачити деякі результати. У будь-якому випадку, ви повинні мати можливість визначити задану швидкість і змусити ваше програмне забезпечення переміщувати потрібну позицію координати по шляху, починаючи від початку до кінця. Очевидно, ви почнете з низькою бажаною швидкістю.

Отже, перш ніж починати з контролю, спочатку слід пройти наступний контрольний список:

• Спростіть алгоритм обробки зображень для швидшого реагування
• Створіть алгоритм, який створює траєкторію щодо вашого шляху, використовуючи заздалегідь задану швидкість
• У кожному кадрі:
  • Обчисліть різницю між траєкторією та положенням кулі
  • Проведіть компонент delta-X до PID схід-захід, пройдіть delta-Y на PID північ-південь

Може виявитися, що краще створити траєкторію по одному відрізку і продовжити з наступним відрізком, коли ця куля закінчить попередній. В іншому випадку вам потрібно буде подбати про те, щоб м'яч не переступив потрібну траєкторію (що може бути важко виконати)

Якщо ви маєте фіксовану позицію для зчитування камери та мометаріуму для обох осей, то вам не потрібно розпізнавати намальовані доріжки, отвори та стіни у рамах. Це можна зробити одним знімком під час налаштування. Під час роботи вам може знадобитися лише визначити точне розташування одного блискучого металевого кульки.

Для спостереження за кулькою можна використовувати 1 фіксований ІК світлодіодний фільтр та вузькосмуговий фільтр на камері. Алгоритм повинен обчислити найяскравіший піксель і перевести X, Y в реальний X, Y з урахуванням таких кроків, як:

• знайти найяскравіший піксель
• використовуйте кут для обох осей (зчитування з сервоприводу), щоб відновити відстань від камери
• використовувати часову позначку для зчитування положення осей
• застосовувати інтерполяцію через час для читання позиції, якщо це необхідно
• використовувати відомі спотворення лінзи
• перевести світ X, Y пікселя до кута відображення від ідеальної сфери, щоб знайти справжній центр кулі у світі X, Y
• дельта-час для відновлення справжнього часу кадру
• інтерполяція в часі положення в площині X, Y, якщо потрібно
• відправити результат X, Y (t) в алгоритм PID
• відправити другу ціль подачі X, Y (t) з генератора / послідовності траєкторій
• нехай PID вирішує питання про вихід
• виконати вихід (останні кроки можна зробити паралельно)

Він не повинен бути обчислювально інтенсивним і в основному залежить від пари абсолютних значень.

Зазвичай невеликий процесор повинен робити це з темпом кадрів.