Webcam-Ballverfolgung und Umsetzung eines Pong-Torwarts mit LEGO Mindstorms

Motivation Aufbau und Ansteuerung Probleme Demo Zusammenfassung

Webcam-Ballverfolgung und Umsetzung einesPong-Torwarts mit LEGO Mindstorms®

Mathias MagdowskiLehrstuhl für Elektromagnetische Verträglichkeit

Institut für MedizintechnikOtto-von-Guericke-Universität, Magdeburg

23. Februar 2017

Lizenz: cba CC BY-SA 3.0 (Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen)

Lego-Torwart 1

https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.de

Motivation


Motivation

„Pong game on TV“ von Marcin Wichary via Flickr, CC BY 2.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=48423746

Lego-Torwart 3

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=48423746


Umsetzung

Vereinfachungen:

I einseitigI nur „Halten“,

kein „Zurück-spielen“

I Kreisbahnstatt Linie

I BallverfolgungdurchWebcam

Lego-Torwart 4


Gliederung

Motivation

Aufbau und Ansteuerung

Probleme

Demo

Zusammenfassung

Lego-Torwart 5

Aufbau und Ansteuerung


Aufbau

Motor

Sichtfeldder Kamera

Lego-Torwart 7


Ansteuerung der Kamera

Anlegen der Kamera als Objekt:camera=videoinput(’winvideo’)

Übertragen eines Bildes:frame=getsnapshot(camera)

Anzeigen des Bildes:image(frame) oder imagesc(frame)

Lego-Torwart 8






Lego-Torwart 8






Lego-Torwart 8


Algorithmus zur Ballerkennung

Farbbild:

Lego-Torwart 9



Graustufenbild:set(camera,’ReturnedColorSpace’,’grayscale’)

Lego-Torwart 10



Schwarz-Weiß-Bild:framebw=frame<borderspy(framebw)

Lego-Torwart 11



Erkennung des Balls:frameblackx=any(framebw,1)frameblacky=any(framebw,2)posx=(find(frameblackx,1,’first’)+find(frameblackx,1,’last’))/2posy=(find(frameblacky,1,’first’)+find(frameblacky,1,’last’))/2

Lego-Torwart 12



Verfolgung der Trajektorie:fehlersumme=@(parameter) sum(((posy-modell(posx,parameter)).ˆ2))

parameter=fminsearch(fehlersumme,parameter)

Lego-Torwart 13


Ansteuerung des Motors

Absolute Positionierung bei position_soll:position_ist=motor.ReadFromNXT().Position

motor.TachoLimit=abs(position_soll-position_ist)

if position_soll-position_ist>0motor.Power=power

elsemotor.Power=-power

end

if position_soll-position_ist˜=0motor.SendToNXT()

end

Lego-Torwart 14







end


end

Lego-Torwart 14







end


end

Lego-Torwart 14







end


end

Lego-Torwart 14

Probleme


Elastischer vs. unelastischer Stoß

Elastischer Stoß an der Bande:

x

y

Lego-Torwart 16


Elastischer vs. unelastischer Stoß

Unelastischer Stoß an der Bande:

x

y

Lego-Torwart 17


Probleme mit der Framerate

Lego-Torwart 18


Algorithmus mit einer Schleife

Start

Frame

Ballver-folgung

Abbruch StopJaNein

Lego-Torwart 19


Algorithmus mit einer Callback-Funktion

Start Stop

Kamera Frame

Ballver-folgung

Callback

Lego-Torwart 20


Ergebnis −→ gleichmäßigere Framerate

Lego-Torwart 21

Demo


Grafische Benutzeroberfläche

Lego-Torwart 23

Zusammenfassung


Zusammenfassung

„Oliver Kahn Fussballer Torhüter“von Memorex (CC0 Public Domain,https://pixabay.com/de/oliver-kahn-fussballer-torh%C3%BCter-749853/

Lego-Torwart 25

https://pixabay.com/de/oliver-kahn-fussballer-torh%C3%BCter-749853/




Zusammenfassung


„WRE footballer tim wiesesdebut match“ von Nitu Ku-mari (CC BY-SA, https://youtu.be/YAP_33k-XKs

Lego-Torwart 25




https://youtu.be/YAP_33k-XKs



Zusammenfassung


„WRE footballer tim wiesesdebut match“ von Nitu Ku-mari (CC BY-SA, https://youtu.be/YAP_33k-XKs

Lego-Torwart 25







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