server/sensors/dilatometer.c

   1 /**
   2  * @file dilatometer.c
   3  * @purpose Implementation of dilatometer related functions
   4  */
   5
   6 #include "cv.h"
   7 #include "highgui_c.h"
   8 #include "dilatometer.h"
   9 #include <math.h>
  10
  11 // test positions
  12 static double test_left, test_right;
  13
  14 // Remembers the last position to measure rate of expansion
  15 static double lastPosition;
  16
  17
  18 // Canny Edge algorithm variables
  19 int blur = 5;
  20 int lowThreshold = 30;
  21 int ratio = 3;
  22 int kernel_size = 3;
  23
  24 /** Buffers for storing image data.  **/
  25 static CvMat * g_srcRGB  = NULL;        // Source Image
  26 static CvMat * g_srcGray = NULL;        // Gray scale of source image
  27 static CvMat * g_edges   = NULL;        // Detected Edges
  28
  29 /** Pointers for capturing image **/
  30 //static CvCapture * g_capture = NULL;
  31 //static IplImage * frame  = NULL;      // This is required as you can not use capture with CvMat in C
  32
  33
  34 /**
  35  * Create a test image using left as left edge and right as right edge positions
  36  */
  37 void Dilatometer_TestImage()
  38 {
  39
  40         g_srcRGB = cvCreateMat(480, 640, CV_8UC3);
  41
  42         for( int x = 0; x < 640; ++x)
  43         {
  44                 for (int y = 0; y < 480; ++y)
  45                 {
  46                         CvScalar s;
  47                         for( int i = 0; i < 3; ++i)
  48                         {
  49                                 s.val[i]  =  210 + (rand() % 1000) * 1e-0 - (rand() % 1000) * 1e-0;
  50                                 // Produce an exponential decay around left edge
  51                                 if( x < test_left)
  52                                         s.val[i] *= exp( (x - test_left) / 25);
  53                                 else if( x < 320)
  54                                         s.val[i] *= exp( (test_left - x) / 25);
  55                                 // Produce an exponential decay around right edge
  56                                 else if( x < test_right)
  57                                         s.val[i] *= exp( (x - test_right) / 25);
  58                                 else
  59                                         s.val[i] *= exp( (test_right - x) / 25);
  60                         }
  61                         cvSet2D(g_srcRGB,y,x,s);
  62                 }
  63
  64         }
  65         if (g_srcGray == NULL)
  66         {
  67                 g_srcGray = cvCreateMat(g_srcRGB->rows,g_srcRGB->cols,CV_8UC1);
  68         }
  69         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
  70 }
  71
  72 /**
  73  * Cleanup Dilatometer pointers
  74  */
  75 bool Dilatometer_Cleanup(int id)
  76 {
  77         //if (g_capture != NULL)
  78         //      cvReleaseCapture(&g_capture);
  79         //if (frame != NULL)
  80         //      cvReleaseImageHeader(&frame);
  81
  82         //if (g_srcRGB != NULL)
  83         //      cvReleaseMat(&g_srcRGB);        // Causing run time error in cvReleaseMat
  84         if (g_srcGray != NULL)
  85                 cvReleaseMat(&g_srcGray);
  86         if (g_edges != NULL)
  87                 cvReleaseMat(&g_edges);
  88         return true;
  89 }
  90
  91 /**
  92  * Get an image from the Dilatometer. Replaced by Camera_GetImage in image.c
  93  */
  94 /*static bool Dilatometer_GetImage()
  95 {
  96         bool result = true;
  97         // If more than one camera is connected, then input needs to be determined, however the camera ID may change after being unplugged
  98         if( g_capture == NULL)
  99         {
 100                 g_capture = cvCreateCameraCapture(0);
 101                 //If cvCreateCameraCapture returns NULL there is an error with the camera
 102                 if( g_capture == NULL)
 103                 {
 104                         result = false;
 105                         return;
 106                 }
 107         }
 108
 109         // Get the frame and convert it to CvMat
 110         frame =  cvQueryFrame(g_capture);
 111         CvMat stub;
 112         g_srcRGB = cvGetMat(frame,&stub,0,0);
 113
 114         if( g_srcRGB == NULL)
 115                 result = false;
 116
 117         // Convert the image to grayscale
 118         if (g_srcGray == NULL)
 119         {
 120                 g_srcGray = cvCreateMat(g_srcRGB->rows,g_srcRGB->cols,CV_8UC1);
 121         }
 122
 123         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
 124
 125         return result;
 126 }*/
 127
 128 void CannyThreshold()
 129 {
 130         // Convert the RGB source file to grayscale
 131         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
 132
 133         if ( g_edges == NULL)
 134         {
 135                 g_edges = cvCreateMat(g_srcGray->rows,g_srcGray->cols,CV_8UC1);
 136         }
 137
 138         // Commented out lines are used during testing to show the image to screen, can also save the test images
 139         //cvShowImage("display", g_srcGray);
 140         //cvWaitKey(0);
 141
 142         // Reduce noise with a kernel blurxblur. Input the grayscale source image, output to edges. (0's mean it's determined from kernel sizes)
 143         cvSmooth( g_srcGray, g_edges, CV_GAUSSIAN, blur, blur ,0 ,0 );
 144
 145         //Save the image
 146         //cvSaveImage("test_blurred.jpg",g_edges,0);
 147
 148         //cvShowImage("display", g_edges);
 149         //cvWaitKey(0);
 150
 151         // Find the edges in the image
 152         cvCanny( g_edges, g_edges, lowThreshold, lowThreshold*ratio, kernel_size );
 153
 154         //Save the image
 155         //cvSaveImage("test_edge.jpg",g_edges,0);
 156
 157         //cvShowImage("display", g_edges);
 158         //cvWaitKey(0);
 159
 160 }
 161
 162  /**
 163  * Read the dilatometer image. The value changed will correspond to the rate of expansion. If no edge is found then
 164  * @param val - Will store the read value if successful
 165  * @param samples - Number of rows to scan (increasing will slow down performance!)
 166  * @returns true on successful read
 167  */
 168 bool Dilatometer_GetEdge( double * value, int samples)
 169 {
 170         bool result = false;
 171         double average = 0;
 172         // Get the image from the camera
 173         result = Camera_GetImage( 0, 1600, 1200 ,&g_srcRGB); // Get a 1600x1200 image and place it into src
 174
 175         // If an error occured when capturing image then return
 176         if (!result)
 177                 return result;
 178
 179         // Apply the Canny Edge theorem to the image
 180         CannyThreshold();
 181
 182         int width = g_edges->cols;
 183         int height = g_edges->rows;
 184
 185         // If the number of samples is greater than the image height, sample every row
 186         if( samples > height)
 187         {
 188                 samples = height;
 189         }
 190
 191         int sample_height;
 192         int num_edges = 0;      // Number of edges found. if each sample location has an edge, then num_edges = samples
 193
 194         for (int i=0; i<samples; i++)
 195         {
 196                 // Determine the position in the rows to find the edges.
 197                 // This will give you a number of evenly spaced samples
 198                 sample_height = ceil(height * (i + 1) / samples) -1;
 199
 200                 // Need to go through each pixel of a row and find all the locations of a line. If there is more than one pixel, average it. note this only works if the canny edge algorithm returns lines about the actual line (no outliers).
 201
 202                 int edge_location=0;
 203                 int num=0;
 204                 for ( int col = 0; col < width; col++)
 205                 {
 206                         // Count the number of points
 207                         // Get the threshold of the pixel at the current location
 208                         CvScalar value = cvGet2D(g_edges, sample_height, col);
 209                         if( value.val[0]> THRES)
 210                         {
 211                                 edge_location += col;
 212                                 num++;
 213                         }
 214                 }
 215                 if( num > 0)
 216                 {
 217                         average += ( edge_location / num );
 218                         num_edges++;
 219                 }
 220         }
 221         if (num_edges > 0)
 222                 average /= num_edges;
 223         else
 224                 return result;  // As no edges were found
 225
 226         if( average > 0)
 227         {
 228                 result = true; // Successfully found an edge
 229                 // If the experiment has already been initialised
 230                 if( lastPosition > 0)
 231                 {
 232                         // Find the rate of expansion and convert to mm. Will give a negative result for compression.
 233                         *value = (average - lastPosition) * SCALE;
 234                         lastPosition = average; // Current position now becomes the last position
 235                 }
 236         }
 237         return result;
 238 }
 239
 240  /**
 241  * Read the dilatometer image. The value changed will correspond to the new location of the edge.
 242  * @param val - Will store the read value if successful
 243  * @returns true on successful read
 244  */
 245 bool Dilatometer_Read(int id, double * value)
 246 {
 247         bool result = Dilatometer_GetEdge(value, SAMPLES);
 248         return result;
 249 }
 250
 251 /**
 252  * Initialise the dilatometer
 253  */
 254 bool Dilatometer_Init(const char * name, int id)
 255 {
 256         // Make an initial reading (will allocate memory the first time only).
 257         double val;
 258         lastPosition = 0;  // Reset the last position
 259         bool result = Dilatometer_GetEdge(&val, 1);
 260         return result;
 261 }
 262
 263 // Overlays a line over the given edge position
 264 void Draw_Edge(double edge)
 265 {
 266         CvScalar value;
 267         value.val[0]=244;
 268         for( int i = 0; i < g_srcGray->rows; i++)
 269         {
 270                 cvSet2D(g_edges,i,edge,value);
 271         }
 272         cvShowImage("display", g_edges);
 273         cvWaitKey(0);
 274         //cvSaveImage("test_edge_avg.jpg",g_edges,0);
 275 }
 276
 277 /* // Test algorithm
 278 static void Dilatometer_GetImageTest( )
 279 {
 280         //Generates Test image
 281         //Dilatometer_TestImage();
 282
 283         //Load Test image
 284         g_srcGray = cvLoadImageM ("testimage4.jpg",CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE );
 285 }*/
 286
 287 /**
 288  * For testing purposes
 289  */
 290 /*int main(int argc, char ** argv)
 291 {
 292         //cvNamedWindow( "display", CV_WINDOW_AUTOSIZE );// Create a window for display.
 293         //gettimeofday(&start, NULL);
 294         test_left = 100;
 295         test_right = 500;
 296         Dilatometer_Init();
 297
 298         cvNamedWindow( "display", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
 299         //double width;
 300
 301         double edge;
 302         Dilatometer_GetEdge(&edge,20000);
 303         //For testing purposes, overlay the given average line over the image
 304         //Draw_Edge(edge);
 305
 306         cvDestroyWindow("display");
 307
 308         Dilatometer_Cleanup();
 309 }*/
 310