Распознавание маяков типа "Q-Code"
Содержание
Внешний вид визуального маяка и кодирование информации в нём
Структура маяка - черно-белое клетчатое поле размерами 9х9 клеток, в котором внешний квадрат клеток белый, вложенный в него квадрат клеток черный, а в оставшейся середине 5х5 клеток закодированы угловыми клетками правильная ориентация маяка (только одна из них, "маркер поворота", черная) и еще две клетки рядом с "маркером поворота" - одна из них черная, они указывают на то, что это не однократное отражение маяка (двухкратное отражение отличить невозможно).
Из оставшихся 25-4-2=19 клеток еще 4 мы будем использовать под контрольную сумму, чтобы гарантировать качество распознавания. Итого под информацию у нас остается 15 бит, то есть мы можем изготовить 32768 различных таких маяков. Этого достаточно, чтобы обклеить ими изнутри крупное здание, и скорее всего не одно.
Здесь можно взять шаблоны для маяков, подготовленные в формате Microsoft Word:
Кодирование информации в визуальном маяке
Корректной принимается ориентация маяка, при которой "маркер поворота" находится в левом нижнем углу, а прилегающая к нему черная клетка справа от него.
В этом случае биты полезной информации (номера маяка) размещается в свободных ячейках слева направо, сверху вниз. В оставшихся четырех битах находится контрольная сумма. Расположение битов информации и контрольной суммы на маяке также приведено на рисунке справа. Биты информации обозначаются I-1 ... I-15, биты контрольной суммы S-1 ... S-4.
Информация с маяка проверяется на корректность по следующему алгоритму:
- К 15 битам информации справа приписать 4 бита контрольной суммы и еще один бит равный 0, получится 20 бит данных;
- Эти 20 бит данных разбиваются на 5 групп по 4 бита;
- Получившиеся группы по 4 бита накладываются друг на друга по XOR;
- Если в результате этого наложения получилось 1101, тогда информация считается корректной, иначе нет.
Порядок рассчета битов контрольной суммы вытекает из уравлений проверки контрольной суммы:
- I-1 XOR I-5 XOR I-9 XOR I-13 XOR S-2 = 1
- I-2 XOR I-6 XOR I-10 XOR I-14 XOR S-3 = 1
- I-3 XOR I-7 XOR I-11 XOR I-15 XOR S-4 = 0
- I-4 XOR I-8 XOR I-12 XOR S-1 XOR 0 = 1
Отсюда следует, что:
- S-1 = I-4 XOR I-8 XOR I-12 XOR 0 XOR 1
- S-2 = I-1 XOR I-5 XOR I-9 XOR I-13 XOR 1
- S-3 = I-2 XOR I-6 XOR I-10 XOR I-14 XOR 1
- S-4 = I-3 XOR I-7 XOR I-11 XOR I-15 XOR 0
Распознавание визуального маяка на экране и чтение информации с него
Распознавание маяков производится по следующему алгоритму:
- Готовим изображение, удаляя с него помехи:
- Строим несколько сечений изображения (сечение - превращение изображения в черно-белое по установленной границе яркости, всё что светлее границы становится белым, остальное черным) и для каждого из сечений:
- Находим на изображении все контуры;
- Аппроксимируем найденные контуры ломаными;
- Среди ломаных находим похожие на квадраты;
- Каждый такой похожий на квадрат контур проверяем на то, что он является внутренней границей внешнего контура квадратиков "Маяка", для этого пытаемся удостоверится в целостности данных им представленных, просто делим его внутренность на квадратики 7х7, и проверяем корректность представленных там битов информации и контрольной суммы;
Определение расстояния до визуального маяка
Если мы готовили маяки известного нам размера, тогда мы можем определять приблизительное расстояние до маяка расположенного к нам под прямым углом в центре кадра просто по стороне квадрата, который был найден при распознавании. То есть если A - сторона этого квадрата, тогда расстояние до маяка - R0=K/A, где K - константа, которую можно определить опытным путем.
В случае, если маяк находится не под прямым углом к камере, тогда необходимо рассчитать его размер по контуру (позже выложу сюда формулы).
Кроме того, если маяк расположен не в центре кадра, необходимо рассчитанное расстояние пересчитать по формуле R=sqrt(R0*R0+D0*D0), где D0 - рассчетное расстояние смещения маяка относительно точки находящейся на расстоянии R0 от камеры отложенном на векторе направления в котором повернута камера.
