Simulationsumgebung für die Objekt- und Spurerkennung

Autoren: Hagen Heuer, Tim Kruse, Marius Köhler, Stefan Arndt
Betreuer: Prof. Schneider

Einleitung

Autoren: Hagen Heuer, Tim Kruse
Um die Hauptnutzungszeit der Kamera für Funktionstests zu verringern, soll eine Simulationsumgebung in Visual Studio programmiert werden. Ziel ist es hierbei die Weiterverarbeitung der Bilder, welche die Kamera bereitstellt, zu implementieren und zu testen.

Es sollen hierbei folgende Funktionen der Bildverarbeitung implementiert und getestet werden.

Erstellung eines Binärbildes, um die Rechenleistung zu optimieren
Festlegen der Region of Interest, um die Rechenleistung weiter zu optimieren
Filterung von Reflektionen durch den Einfall von Licht
Transformation des Kamerabildes in Vogelperspektive, um die Objekt- und Spurerkennung zu vereinfachen

Anforderungen

Autoren: Hagen Heuer, Tim Kruse

Auf Basis der gestellten Anforderungen aus dem Lastenheft konnten folgende Pflichten für die Simulationsumgebung abgeleitet werden.

Um die Zusammenarbeit beider Teams zu vereinfachen wurden weitere Anforderungen an die Bildvorverarbeitung gestellt. Diese werden nachfolgend ausgelistet und erörtert.
Binärbild
Zur vereinfachten Objekt und Spurerkennung sollte das RGB-Farbbild in ein Binärbild gewandelt werden. Dieses stellt die Farben lediglich in Schwarz und Weiß dar. Somit sollen die Fahrbahnlinien in Weiß dargestellt werden und die Umgebung in Schwarz.

Reflektionen filtern
Zudem sollen Reflektionen nach Möglichkeit heraus gefiltert werden, da diese sonst auf Grund ihrer Helligkeit weiß dargestellt werden und somit die Objekt- und Spurerkennung beeinträchtigen können. Im Zweifelsfalls soll die Fahrspur unterbrochen werden, um Reflektionen sicher zu filtern.

Region of Interest anpassen
Um die benötigte Rechenleistung zu verringern, sollte zudem der gezeigte Bildausschnitt angepasst werden. Die Bedeutet, dass das Fahrzeug nicht mehr zu sehen sein soll und die Sicht in die Ferne eingeschränkt werden soll.

Transformartion in Vogelperspektive
Desweiteren sollen die einzelnen Bilder in Vogelperspektive transformiert werden und möglichst ohne Verzerrungen dargestellt werden.

Konzeptentwicklung

Autoren: Hagen Heuer, Tim Kruse
Die Programmierung der Simulationsumgebung erfolgt in Visual Studio 2019, da die bisherige Implementierung der Kamera ebenfalls in Visual Studio erfolgte. Zudem stellen die Bibliotheken von OpenCV Funktionen bereit, welche die Simulation der VRmagic Kamera vereinfachen.

Als Grundlage für die Simulation der VRmagic Kamera dient ein Video, welches die Strecke inklusive der Stopp-Kreuzungen beinhaltet. Zudem Berücksichtigt das Fahrzeug in dem Video die Anforderungen an das Verhalten an Stopp-Kreuzungen, welches der Spurerkennung zu gute kommt.

Da zwei Teams an der Simulationsumgebung arbeiten bietet es sich an, dass Programm modular aufzubauen. Die Programmstruktur ist nachfolgend erläutert.

main.cpp
- Hauptprogramm der Simulationsumgebung
Frame_lesen.cpp und Frame_lesen.h
- Einlesen des Videos
- Frames aus dem Video extrahieren
Vogelperspektive.cpp und Vogelperspektive.h
- Binärbild erstellen
- Reflektionen filtern
- Region of Interest anpassen
- Transformation in Vogelperspektive
Frame_speichern.cpp und Frame_speichern.h
- Frame speichern
- Video ausgeben

Programmablaufpläne für die Simulationsumgebung

Autoren: Hagen Heuer, Tim Kruse
Um die Programmierung der Simulationsumgebung zu vereinfachen, wurden ein Programmablaufplan für das Hauptprogramm entwickelt. Zudem wurden Programmablaufpläne für die benötigten Funktionen entworfen.

Programmablaufplan für die main.c

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei mit Abmessungen größer als 12,5 MP

Abb. 1: Hauptprogramm für die Simulationsumgebung

Im Hauptprogramm werden zunächst alle Variablen initialisiert und Parameter an Funktionen übergeben. Anschließend wird in einer Schleife der nächste Frame geladen und die Transformation durchgeführt. Für den Fall, dass die Taste für den Abbruch gedrückt wird, wird das Programm beendet. Die While-Schleife wird so implementiert, dass sie sich nicht selbst beenden kann. Der Abbruch erfolgt durch aus der Schleife mittels while.