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 /** Buffers for storing image data.  **/
  19 static CvMat * g_srcRGB  = NULL;        // Source Image
  20 static CvMat * g_srcGray = NULL;        // Gray scale of source image
  21 static CvMat * g_edges   = NULL;        // Detected Edges
  22
  23 /** Pointers for capturing image **/
  24 //static CvCapture * g_capture = NULL;
  25 //static IplImage * frame  = NULL;      // This is required as you can not use capture with CvMat in C
  26
  27
  28 /**
  29  * Create a test image using left as left edge and right as right edge positions
  30  */
  31 void Dilatometer_TestImage()
  32 {
  33
  34         g_srcRGB = cvCreateMat(480, 640, CV_8UC3);
  35
  36         for( int x = 0; x < 640; ++x)
  37         {
  38                 for (int y = 0; y < 480; ++y)
  39                 {
  40                         CvScalar s;
  41                         for( int i = 0; i < 3; ++i)
  42                         {
  43                                 s.val[i]  =  210 + (rand() % 1000) * 1e-0 - (rand() % 1000) * 1e-0;
  44                                 // Produce an exponential decay around left edge
  45                                 if( x < test_left)
  46                                         s.val[i] *= exp( (x - test_left) / 25);
  47                                 else if( x < 320)
  48                                         s.val[i] *= exp( (test_left - x) / 25);
  49                                 // Produce an exponential decay around right edge
  50                                 else if( x < test_right)
  51                                         s.val[i] *= exp( (x - test_right) / 25);
  52                                 else
  53                                         s.val[i] *= exp( (test_right - x) / 25);
  54                         }
  55                         cvSet2D(g_srcRGB,y,x,s);
  56                 }
  57
  58         }
  59         if (g_srcGray == NULL)
  60         {
  61                 g_srcGray = cvCreateMat(g_srcRGB->rows,g_srcRGB->cols,CV_8UC1);
  62         }
  63         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
  64 }
  65
  66 /**
  67  * Cleanup Dilatometer pointers
  68  */
  69 bool Dilatometer_Cleanup(int id)
  70 {
  71         //if (g_capture != NULL)
  72         //      cvReleaseCapture(&g_capture);
  73         //if (frame != NULL)
  74         //      cvReleaseImageHeader(&frame);
  75
  76         //if (g_srcRGB != NULL)
  77         //      cvReleaseMat(&g_srcRGB);        // Causing run time error in cvReleaseMat
  78         if (g_srcGray != NULL)
  79                 cvReleaseMat(&g_srcGray);
  80         if (g_edges != NULL)
  81                 cvReleaseMat(&g_edges);
  82         return true;
  83 }
  84
  85 /**
  86  * Get an image from the Dilatometer. Replaced by Camera_GetImage in image.c
  87  */
  88 /*static bool Dilatometer_GetImage()
  89 {
  90         bool result = true;
  91         // If more than one camera is connected, then input needs to be determined, however the camera ID may change after being unplugged
  92         if( g_capture == NULL)
  93         {
  94                 g_capture = cvCreateCameraCapture(0);
  95                 //If cvCreateCameraCapture returns NULL there is an error with the camera
  96                 if( g_capture == NULL)
  97                 {
  98                         result = false;
  99                         return;
 100                 }
 101         }
 102
 103         // Get the frame and convert it to CvMat
 104         frame =  cvQueryFrame(g_capture);
 105         CvMat stub;
 106         g_srcRGB = cvGetMat(frame,&stub,0,0);
 107
 108         if( g_srcRGB == NULL)
 109                 result = false;
 110
 111         // Convert the image to grayscale
 112         if (g_srcGray == NULL)
 113         {
 114                 g_srcGray = cvCreateMat(g_srcRGB->rows,g_srcRGB->cols,CV_8UC1);
 115         }
 116
 117         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
 118
 119         return result;
 120 }*/
 121
 122 void CannyThreshold()
 123 {
 124         // Convert the RGB source file to grayscale
 125         cvCvtColor(g_srcRGB,g_srcGray,CV_RGB2GRAY);
 126
 127         if ( g_edges == NULL)
 128         {
 129                 g_edges = cvCreateMat(g_srcGray->rows,g_srcGray->cols,CV_8UC1);
 130         }
 131
 132         // Commented out lines are used during testing to show the image to screen, can also save the test images
 133         //cvShowImage("display", g_srcGray);
 134         //cvWaitKey(0);
 135
 136         // Reduce noise with a kernel blurxblur. Input the grayscale source image, output to edges. (0's mean it's determined from kernel sizes)
 137         cvSmooth( g_srcGray, g_edges, CV_GAUSSIAN, BLUR, BLUR ,0 ,0 );
 138
 139         //Save the image
 140         //cvSaveImage("test_blurred.jpg",g_edges,0);
 141
 142         //cvShowImage("display", g_edges);
 143         //cvWaitKey(0);
 144
 145         // Find the edges in the image
 146         cvCanny( g_edges, g_edges, LOWTHRESHOLD, LOWTHRESHOLD*RATIO, KERNELSIZE );
 147
 148         //Save the image
 149         //cvSaveImage("test_edge.jpg",g_edges,0);
 150
 151         //cvShowImage("display", g_edges);
 152         //cvWaitKey(0);
 153
 154 }
 155
 156  /**
 157  * Read the dilatometer image. The value changed will correspond to the rate of expansion. If no edge is found then
 158  * @param val - Will store the read value if successful
 159  * @param samples - Number of rows to scan (increasing will slow down performance!)
 160  * @returns true on successful read
 161  */
 162 bool Dilatometer_GetExpansion( int id, double * value, int samples)
 163 {
 164         bool result = false;
 165         double average = 0;
 166         // Get the image from the camera
 167         result = Camera_GetImage( 0, 1600, 1200 ,&g_srcRGB); // Get a 1600x1200 image and place it into src
 168
 169         // If an error occured when capturing image then return
 170         if (!result)
 171                 return result;
 172
 173         // Apply the Canny Edge theorem to the image
 174         CannyThreshold();
 175
 176         int width = g_edges->cols;
 177         int height = g_edges->rows;
 178
 179         // If the number of samples is greater than the image height, sample every row
 180         if( samples > height)
 181         {
 182                 samples = height;
 183         }
 184
 185         int sample_height;
 186         int num_edges = 0;      // Number of edges found. if each sample location has an edge, then num_edges = samples
 187
 188         for (int i=0; i<samples; i++)
 189         {
 190                 // Determine the position in the rows to find the edges.
 191                 // This will give you a number of evenly spaced samples
 192                 sample_height = ceil(height * (i + 1) / samples) -1;
 193
 194                 // 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).
 195
 196                 int edge_location=0;
 197                 int num=0;
 198                 for ( int col = 0; col < width; col++)
 199                 {
 200                         // Count the number of points
 201                         // Get the threshold of the pixel at the current location
 202                         CvScalar value = cvGet2D(g_edges, sample_height, col);
 203                         if( value.val[0]> THRES)
 204                         {
 205                                 edge_location += col;
 206                                 num++;
 207                         }
 208                 }
 209                 if( num > 0)
 210                 {
 211                         average += ( edge_location / num );
 212                         num_edges++;
 213                 }
 214         }
 215         if (num_edges > 0)
 216                 average /= num_edges;
 217         else
 218                 return result;  // As no edges were found
 219
 220         if( average > 0)
 221         {
 222                 result = true; // Successfully found an edge
 223                 // If the experiment has already been initialised
 224                 switch (id)
 225                 {
 226                         case DIL_POS:
 227                                 *value = average*SCALE;
 228                                 return result;
 229                         case DIL_DIFF:
 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 *2;
 234                                         lastPosition = average; // Current position now becomes the last position
 235                                 }
 236                                 return result;
 237                         default:
 238                                 return false;           }
 239         }
 240         return result;
 241 }
 242
 243  /**
 244  * Read the dilatometer image. The value changed will correspond to the new location of the edge.
 245  * @param val - Will store the read value if successful
 246  * @returns true on successful read
 247  */
 248 bool Dilatometer_Read(int id, double * value)
 249 {
 250         bool result = Dilatometer_GetExpansion(id, value, SAMPLES);
 251         return result;
 252 }
 253
 254 /**
 255  * Initialise the dilatometer
 256  */
 257 bool Dilatometer_Init(const char * name, int id)
 258 {
 259         // Make an initial reading (will allocate memory the first time only).
 260         double val;
 261         lastPosition = 0;  // Reset the last position
 262         bool result = Dilatometer_GetExpansion(DIL_POS, &val, 1);
 263         return result;
 264 }
 265
 266 // Overlays a line over the given edge position
 267 void Draw_Edge(double edge)
 268 {
 269         CvScalar value;
 270         value.val[0]=244;
 271         for( int i = 0; i < g_srcGray->rows; i++)
 272         {
 273                 cvSet2D(g_edges,i,edge,value);
 274         }
 275         cvShowImage("display", g_edges);
 276         cvWaitKey(0);
 277         //cvSaveImage("test_edge_avg.jpg",g_edges,0);
 278 }
 279
 280 /* // Test algorithm
 281 static void Dilatometer_GetImageTest( )
 282 {
 283         //Generates Test image
 284         //Dilatometer_TestImage();
 285
 286         //Load Test image
 287         g_srcGray = cvLoadImageM ("testimage4.jpg",CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE );
 288 }*/
 289
 290 /**
 291  * For testing purposes
 292  */
 293 /*int main(int argc, char ** argv)
 294 {
 295         //cvNamedWindow( "display", CV_WINDOW_AUTOSIZE );// Create a window for display.
 296         //gettimeofday(&start, NULL);
 297         test_left = 100;
 298         test_right = 500;
 299         Dilatometer_Init();
 300
 301         cvNamedWindow( "display", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
 302         //double width;
 303
 304         double edge;
 305         Dilatometer_GetEdge(&edge,20000);
 306         //For testing purposes, overlay the given average line over the image
 307         //Draw_Edge(edge);
 308
 309         cvDestroyWindow("display");
 310
 311         Dilatometer_Cleanup();
 312 }*/
 313