trunk/sample/sandbox/jp/nyatla/nyartoolkit/sandbox/x2/NyARSquareDetector_X2.java

   1 /* \r
   2  * PROJECT: NyARToolkit\r
   3  * --------------------------------------------------------------------------------\r
   4  * This work is based on the original ARToolKit developed by\r
   5  *   Hirokazu Kato\r
   6  *   Mark Billinghurst\r
   7  *   HITLab, University of Washington, Seattle\r
   8  * http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/\r
   9  *\r
  10  * The NyARToolkit is Java version ARToolkit class library.\r
  11  * Copyright (C)2008 R.Iizuka\r
  12  *\r
  13  * This program is free software; you can redistribute it and/or\r
  14  * modify it under the terms of the GNU General Public License\r
  15  * as published by the Free Software Foundation; either version 2\r
  16  * of the License, or (at your option) any later version.\r
  17  * \r
  18  * This program is distributed in the hope that it will be useful,\r
  19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of\r
  20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the\r
  21  * GNU General Public License for more details.\r
  22  * \r
  23  * You should have received a copy of the GNU General Public License\r
  24  * along with this framework; if not, write to the Free Software\r
  25  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA\r
  26  * \r
  27  * For further information please contact.\r
  28  *      http://nyatla.jp/nyatoolkit/\r
  29  *      <airmail(at)ebony.plala.or.jp>\r
  30  * \r
  31  */\r
  32 package jp.nyatla.nyartoolkit.sandbox.x2;\r
  33 import jp.nyatla.nyartoolkit.NyARException;\r
  34 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.labeling.*;\r
  35 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.raster.*;\r
  36 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.types.*;\r
  37 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.param.*;\r
  38 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.types.matrix.*;\r
  39 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.pca2d.*;\r
  40 import jp.nyatla.nyartoolkit.core.*;\r
  41 \r
  42 \r
  43 \r
  44 /**\r
  45  * イメージから正方形候補を検出するクラス。\r
  46  * このクラスは、arDetectMarker2.cとの置き換えになります。\r
  47  * \r
  48  */\r
  49 public class NyARSquareDetector_X2 implements INyARSquareDetector\r
  50 {\r
  51         private static final double VERTEX_FACTOR = 1.0;// 線検出のファクタ\r
  52 \r
  53         private static final int AR_AREA_MAX = 100000;// #define AR_AREA_MAX 100000\r
  54 \r
  55         private static final int AR_AREA_MIN = 70;// #define AR_AREA_MIN 70\r
  56         private final int _width;\r
  57         private final int _height;\r
  58 \r
  59         private final INyARLabeling _labeling;\r
  60 \r
  61         private final NyARLabelingImage _limage;\r
  62 \r
  63         private final OverlapChecker _overlap_checker = new OverlapChecker();\r
  64         private final NyARCameraDistortionFactor _dist_factor_ref;\r
  65 \r
  66         /**\r
  67          * 最大i_squre_max個のマーカーを検出するクラスを作成する。\r
  68          * \r
  69          * @param i_param\r
  70          */\r
  71         public NyARSquareDetector_X2(NyARCameraDistortionFactor i_dist_factor_ref,NyARIntSize i_size) throws NyARException\r
  72         {\r
  73                 this._width = i_size.w;\r
  74                 this._height = i_size.h;\r
  75                 this._dist_factor_ref = i_dist_factor_ref;\r
  76                 this._labeling = new NyARLabeling_ARToolKit_X2();\r
  77                 this._limage = new NyARLabelingImage(this._width, this._height);\r
  78                 this._labeling.attachDestination(this._limage);\r
  79 \r
  80                 // 輪郭の最大長は画面に映りうる最大の長方形サイズ。\r
  81                 int number_of_coord = (this._width + this._height) * 2;\r
  82 \r
  83                 // 輪郭バッファは頂点変換をするので、輪郭バッファの２倍取る。\r
  84                 this._max_coord = number_of_coord;\r
  85                 this._xcoord = new int[number_of_coord * 2];\r
  86                 this._ycoord = new int[number_of_coord * 2];\r
  87                 //PCA\r
  88                 this._pca=new NyARPca2d_SamplingPCA(20);\r
  89                 \r
  90         }\r
  91 \r
  92         private final int _max_coord;\r
  93         private final int[] _xcoord;\r
  94         private final int[] _ycoord;\r
  95 \r
  96         private void normalizeCoord(int[] i_coord_x, int[] i_coord_y, int i_index, int i_coord_num)\r
  97         {\r
  98                 // vertex1を境界にして、後方に配列を連結\r
  99                 System.arraycopy(i_coord_x, 1, i_coord_x, i_coord_num, i_index);\r
 100                 System.arraycopy(i_coord_y, 1, i_coord_y, i_coord_num, i_index);\r
 101         }\r
 102 \r
 103         private final int[] __detectMarker_mkvertex = new int[5];\r
 104 \r
 105         /**\r
 106          * arDetectMarker2を基にした関数\r
 107          * この関数はNyARSquare要素のうち、directionを除くパラメータを取得して返します。\r
 108          * directionの確定は行いません。\r
 109          * @param i_raster\r
 110          * 解析する２値ラスタイメージを指定します。\r
 111          * @param o_square_stack\r
 112          * 抽出した正方形候補を格納するリスト\r
 113          * @throws NyARException\r
 114          */\r
 115         public final void detectMarker(NyARBinRaster i_raster, NyARSquareStack o_square_stack) throws NyARException\r
 116         {\r
 117                 final INyARLabeling labeling_proc = this._labeling;\r
 118                 final NyARLabelingImage limage = this._limage;\r
 119 \r
 120                 // 初期化\r
 121 \r
 122                 // マーカーホルダをリセット\r
 123                 o_square_stack.clear();\r
 124 \r
 125                 // ラベリング\r
 126                 labeling_proc.labeling(i_raster);\r
 127 \r
 128                 // ラベル数が0ならここまで\r
 129                 final int label_num = limage.getLabelStack().getLength();\r
 130                 if (label_num < 1) {\r
 131                         return;\r
 132                 }\r
 133 \r
 134                 final NyARLabelingLabelStack stack = limage.getLabelStack();\r
 135                 final NyARLabelingLabel[] labels = (NyARLabelingLabel[])stack.getArray();\r
 136                 \r
 137                 \r
 138                 // ラベルを大きい順に整列\r
 139                 stack.sortByArea();\r
 140 \r
 141                 // デカいラベルを読み飛ばし\r
 142                 int i;\r
 143                 for (i = 0; i < label_num; i++) {\r
 144                         // 検査対象内のラベルサイズになるまで無視\r
 145                         if (labels[i].area <= AR_AREA_MAX) {\r
 146                                 break;\r
 147                         }\r
 148                 }\r
 149 \r
 150                 final int xsize = this._width;\r
 151                 final int ysize = this._height;\r
 152                 final int[] xcoord = this._xcoord;\r
 153                 final int[] ycoord = this._ycoord;\r
 154                 final int coord_max = this._max_coord;\r
 155                 final int[] mkvertex = this.__detectMarker_mkvertex;\r
 156                 final OverlapChecker overlap = this._overlap_checker;\r
 157                 int coord_num;\r
 158                 int label_area;\r
 159                 NyARLabelingLabel label_pt;\r
 160 \r
 161                 //重なりチェッカの最大数を設定\r
 162                 overlap.reset(label_num);\r
 163 \r
 164                 for (; i < label_num; i++) {\r
 165                         label_pt = labels[i];\r
 166                         label_area = label_pt.area;\r
 167                         // 検査対象サイズよりも小さくなったら終了\r
 168                         if (label_area < AR_AREA_MIN) {\r
 169                                 break;\r
 170                         }\r
 171                         // クリップ領域が画面の枠に接していれば除外\r
 172                         if (label_pt.clip_l == 1 || label_pt.clip_r == xsize - 2) {// if(wclip[i*4+0] == 1 || wclip[i*4+1] ==xsize-2){\r
 173                                 continue;\r
 174                         }\r
 175                         if (label_pt.clip_t == 1 || label_pt.clip_b == ysize - 2) {// if( wclip[i*4+2] == 1 || wclip[i*4+3] ==ysize-2){\r
 176                                 continue;\r
 177                         }\r
 178                         // 既に検出された矩形との重なりを確認\r
 179                         if (!overlap.check(label_pt)) {\r
 180                                 // 重なっているようだ。\r
 181                                 continue;\r
 182                         }\r
 183 \r
 184                         // 輪郭を取得\r
 185                         coord_num = limage.getContour(i, coord_max, xcoord, ycoord);\r
 186                         if (coord_num == coord_max) {\r
 187                                 // 輪郭が大きすぎる。\r
 188                                 continue;\r
 189                         }\r
 190                         //頂点候補のインデクスを取得\r
 191                         final int vertex1 = scanVertex(xcoord, ycoord, coord_num);\r
 192 \r
 193                         // 頂点候補(vertex1)を先頭に並べなおした配列を作成する。\r
 194                         normalizeCoord(xcoord, ycoord, vertex1, coord_num);\r
 195 \r
 196                         // 領域を準備する。\r
 197                         NyARSquare square_ptr = (NyARSquare)o_square_stack.prePush();\r
 198 \r
 199                         // 頂点情報を取得\r
 200                         if (!getSquareVertex(xcoord, ycoord, vertex1, coord_num, label_area, mkvertex)) {\r
 201                                 o_square_stack.pop();// 頂点の取得が出来なかったので破棄\r
 202                                 continue;\r
 203                         }\r
 204                         // マーカーを検出\r
 205                         if (!getSquareLine(mkvertex, xcoord, ycoord, square_ptr)) {\r
 206                                 // 矩形が成立しなかった。\r
 207                                 o_square_stack.pop();\r
 208                                 continue;\r
 209                         }\r
 210                         // 検出済の矩形の属したラベルを重なりチェックに追加する。\r
 211                         overlap.push(label_pt);\r
 212                 }       \r
 213                 return;\r
 214         }\r
 215 \r
 216         /**\r
 217          * 辺からの対角線が最長になる点を対角線候補として返す。\r
 218          * \r
 219          * @param i_xcoord\r
 220          * @param i_ycoord\r
 221          * @param i_coord_num\r
 222          * @return\r
 223          */\r
 224         private int scanVertex(int[] i_xcoord, int[] i_ycoord, int i_coord_num)\r
 225         {\r
 226                 final int sx = i_xcoord[0];\r
 227                 final int sy = i_ycoord[0];\r
 228                 int d = 0;\r
 229                 int w, x, y;\r
 230                 int ret = 0;\r
 231                 for (int i = 1; i < i_coord_num; i++) {\r
 232                         x = i_xcoord[i] - sx;\r
 233                         y = i_ycoord[i] - sy;\r
 234                         w = x * x + y * y;\r
 235                         if (w > d) {\r
 236                                 d = w;\r
 237                                 ret = i;\r
 238                         }\r
 239                         // ここでうまく終了条件入れられないかな。\r
 240                 }\r
 241                 return ret;\r
 242         }\r
 243 \r
 244         private final NyARVertexCounter __getSquareVertex_wv1 = new NyARVertexCounter();\r
 245 \r
 246         private final NyARVertexCounter __getSquareVertex_wv2 = new NyARVertexCounter();\r
 247 \r
 248         /**\r
 249          * static int arDetectMarker2_check_square( int area, ARMarkerInfo2 *marker_info2, double factor ) 関数の代替関数 OPTIMIZED STEP [450->415] o_squareに頂点情報をセットします。\r
 250          * \r
 251          * @param i_x_coord\r
 252          * @param i_y_coord\r
 253          * @param i_vertex1_index\r
 254          * @param i_coord_num\r
 255          * @param i_area\r
 256          * @param o_vertex\r
 257          * 要素数はint[4]である事\r
 258          * @return\r
 259          */\r
 260         private boolean getSquareVertex(int[] i_x_coord, int[] i_y_coord, int i_vertex1_index, int i_coord_num, int i_area, int[] o_vertex)\r
 261         {\r
 262                 final NyARVertexCounter wv1 = this.__getSquareVertex_wv1;\r
 263                 final NyARVertexCounter wv2 = this.__getSquareVertex_wv2;\r
 264                 final int end_of_coord = i_vertex1_index + i_coord_num - 1;\r
 265                 final int sx = i_x_coord[i_vertex1_index];// sx = marker_info2->x_coord[0];\r
 266                 final int sy = i_y_coord[i_vertex1_index];// sy = marker_info2->y_coord[0];\r
 267                 int dmax = 0;\r
 268                 int v1 = i_vertex1_index;\r
 269                 for (int i = 1 + i_vertex1_index; i < end_of_coord; i++) {// for(i=1;i<marker_info2->coord_num-1;i++)\r
 270                         // {\r
 271                         final int d = (i_x_coord[i] - sx) * (i_x_coord[i] - sx) + (i_y_coord[i] - sy) * (i_y_coord[i] - sy);\r
 272                         if (d > dmax) {\r
 273                                 dmax = d;\r
 274                                 v1 = i;\r
 275                         }\r
 276                 }\r
 277                 final double thresh = (i_area / 0.75) * 0.01 * VERTEX_FACTOR;\r
 278 \r
 279                 o_vertex[0] = i_vertex1_index;\r
 280 \r
 281                 if (!wv1.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, i_vertex1_index, v1, thresh)) { // if(get_vertex(marker_info2->x_coord,marker_info2->y_coord,0,v1,thresh,wv1,&wvnum1)<\r
 282                                                                                                                                                                         // 0 ) {\r
 283                         return false;\r
 284                 }\r
 285                 if (!wv2.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, v1, end_of_coord, thresh)) {// if(get_vertex(marker_info2->x_coord,marker_info2->y_coord,v1,marker_info2->coord_num-1,thresh,wv2,&wvnum2)\r
 286                         // < 0) {\r
 287                         return false;\r
 288                 }\r
 289 \r
 290                 int v2;\r
 291                 if (wv1.number_of_vertex == 1 && wv2.number_of_vertex == 1) {// if(wvnum1 == 1 && wvnum2== 1) {\r
 292                         o_vertex[1] = wv1.vertex[0];\r
 293                         o_vertex[2] = v1;\r
 294                         o_vertex[3] = wv2.vertex[0];\r
 295                 } else if (wv1.number_of_vertex > 1 && wv2.number_of_vertex == 0) {// }else if( wvnum1 > 1 && wvnum2== 0) {\r
 296                         //頂点位置を、起点から対角点の間の1/2にあると予想して、検索する。\r
 297                         v2 = (v1-i_vertex1_index)/2+i_vertex1_index;\r
 298                         if (!wv1.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, i_vertex1_index, v2, thresh)) {\r
 299                                 return false;\r
 300                         }\r
 301                         if (!wv2.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, v2, v1, thresh)) {\r
 302                                 return false;\r
 303                         }\r
 304                         if (wv1.number_of_vertex == 1 && wv2.number_of_vertex == 1) {\r
 305                                 o_vertex[1] = wv1.vertex[0];\r
 306                                 o_vertex[2] = wv2.vertex[0];\r
 307                                 o_vertex[3] = v1;\r
 308                         } else {\r
 309                                 return false;\r
 310                         }\r
 311                 } else if (wv1.number_of_vertex == 0 && wv2.number_of_vertex > 1) {\r
 312                         //v2 = (v1-i_vertex1_index+ end_of_coord-i_vertex1_index) / 2+i_vertex1_index;\r
 313                         v2 = (v1+ end_of_coord)/2;\r
 314 \r
 315                         if (!wv1.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, v1, v2, thresh)) {\r
 316                                 return false;\r
 317                         }\r
 318                         if (!wv2.getVertex(i_x_coord, i_y_coord, v2, end_of_coord, thresh)) {\r
 319                                 return false;\r
 320                         }\r
 321                         if (wv1.number_of_vertex == 1 && wv2.number_of_vertex == 1) {\r
 322                                 o_vertex[1] = v1;\r
 323                                 o_vertex[2] = wv1.vertex[0];\r
 324                                 o_vertex[3] = wv2.vertex[0];\r
 325                         } else {\r
 326                                 return false;\r
 327                         }\r
 328                 } else {\r
 329                         return false;\r
 330                 }\r
 331                 o_vertex[4] = end_of_coord;\r
 332                 return true;\r
 333         }\r
 334 \r
 335         private final INyARPca2d _pca;\r
 336         private final NyARDoubleMatrix22 __getSquareLine_evec=new NyARDoubleMatrix22();\r
 337         private final NyARDoublePoint2d __getSquareLine_mean=new NyARDoublePoint2d();\r
 338         private final NyARDoublePoint2d __getSquareLine_ev=new NyARDoublePoint2d();\r
 339         /**\r
 340          * arGetLine(int x_coord[], int y_coord[], int coord_num,int vertex[], double line[4][3], double v[4][2]) arGetLine2(int x_coord[], int y_coord[], int\r
 341          * coord_num,int vertex[], double line[4][3], double v[4][2], double *dist_factor) の２関数の合成品です。 マーカーのvertex,lineを計算して、結果をo_squareに保管します。\r
 342          * Optimize:STEP[424->391]\r
 343          * \r
 344          * @param i_cparam\r
 345          * @return\r
 346          * @throws NyARException\r
 347          */\r
 348         private boolean getSquareLine(int[] i_mkvertex, int[] i_xcoord, int[] i_ycoord, NyARSquare o_square) throws NyARException\r
 349         {\r
 350                 final NyARLinear[] l_line = o_square.line;\r
 351                 final NyARCameraDistortionFactor dist_factor=this._dist_factor_ref;  \r
 352                 final NyARDoubleMatrix22 evec=this.__getSquareLine_evec;\r
 353                 final NyARDoublePoint2d mean=this.__getSquareLine_mean;\r
 354                 final NyARDoublePoint2d ev=this.__getSquareLine_ev;\r
 355         \r
 356                 \r
 357                 for (int i = 0; i < 4; i++) {\r
 358                         final double w1 = (double) (i_mkvertex[i + 1] - i_mkvertex[i] + 1) * 0.05 + 0.5;\r
 359                         final int st = (int) (i_mkvertex[i] + w1);\r
 360                         final int ed = (int) (i_mkvertex[i + 1] - w1);\r
 361                         final int n = ed - st + 1;\r
 362                         if (n < 2) {\r
 363                                 // nが2以下でmatrix.PCAを計算することはできないので、エラー\r
 364                                 return false;\r
 365                         }\r
 366                         //主成分分析する。\r
 367                         this._pca.pcaWithDistortionFactor(i_xcoord, i_ycoord, st, n,dist_factor, evec, ev,mean);\r
 368                         final NyARLinear l_line_i = l_line[i];\r
 369                         l_line_i.run = evec.m01;// line[i][0] = evec->m[1];\r
 370                         l_line_i.rise = -evec.m00;// line[i][1] = -evec->m[0];\r
 371                         l_line_i.intercept = -(l_line_i.run * mean.x + l_line_i.rise * mean.y);// line[i][2] = -(line[i][0]*mean->v[0] + line[i][1]*mean->v[1]);\r
 372                 }\r
 373 \r
 374                 final NyARDoublePoint2d[] l_sqvertex = o_square.sqvertex;\r
 375                 final NyARIntPoint[] l_imvertex = o_square.imvertex;\r
 376                 for (int i = 0; i < 4; i++) {\r
 377                         final NyARLinear l_line_i = l_line[i];\r
 378                         final NyARLinear l_line_2 = l_line[(i + 3) % 4];\r
 379                         final double w1 = l_line_2.run * l_line_i.rise - l_line_i.run * l_line_2.rise;\r
 380                         if (w1 == 0.0) {\r
 381                                 return false;\r
 382                         }\r
 383                         l_sqvertex[i].x = (l_line_2.rise * l_line_i.intercept - l_line_i.rise * l_line_2.intercept) / w1;\r
 384                         l_sqvertex[i].y = (l_line_i.run * l_line_2.intercept - l_line_2.run * l_line_i.intercept) / w1;\r
 385                         // 頂点インデクスから頂点座標を得て保存\r
 386                         l_imvertex[i].x = i_xcoord[i_mkvertex[i]];\r
 387                         l_imvertex[i].y = i_ycoord[i_mkvertex[i]];\r
 388                 }\r
 389                 return true;\r
 390         }\r
 391 }\r
 392 \r
 393 \r
 394 \r
 395 /**\r
 396  * ラベル同士の重なり（内包関係）を調べるクラスです。 \r
 397  * ラベルリストに内包するラベルを蓄積し、それにターゲットのラベルが内包されているか を確認します。\r
 398  */\r
 399 class OverlapChecker\r
 400 {\r
 401         private NyARLabelingLabel[] _labels = new NyARLabelingLabel[32];\r
 402 \r
 403         private int _length;\r
 404 \r
 405         /**\r
 406          * 最大i_max_label個のラベルを蓄積できるようにオブジェクトをリセットする\r
 407          * \r
 408          * @param i_max_label\r
 409          */\r
 410         public void reset(int i_max_label)\r
 411         {\r
 412                 if (i_max_label > this._labels.length) {\r
 413                         this._labels = new NyARLabelingLabel[i_max_label];\r
 414                 }\r
 415                 this._length = 0;\r
 416         }\r
 417 \r
 418         /**\r
 419          * チェック対象のラベルを追加する。\r
 420          * \r
 421          * @param i_label_ref\r
 422          */\r
 423         public void push(NyARLabelingLabel i_label_ref)\r
 424         {\r
 425                 this._labels[this._length] = i_label_ref;\r
 426                 this._length++;\r
 427         }\r
 428 \r
 429         /**\r
 430          * 現在リストにあるラベルと重なっているかを返す。\r
 431          * \r
 432          * @param i_label\r
 433          * @return 何れかのラベルの内側にあるならばfalse,独立したラベルである可能性が高ければtrueです．\r
 434          */\r
 435         public boolean check(NyARLabelingLabel i_label)\r
 436         {\r
 437                 // 重なり処理かな？\r
 438                 final NyARLabelingLabel[] label_pt = this._labels;\r
 439                 final int px1 = (int) i_label.pos_x;\r
 440                 final int py1 = (int) i_label.pos_y;\r
 441                 for (int i = this._length - 1; i >= 0; i--) {\r
 442                         final int px2 = (int) label_pt[i].pos_x;\r
 443                         final int py2 = (int) label_pt[i].pos_y;\r
 444                         final int d = (px1 - px2) * (px1 - px2) + (py1 - py2) * (py1 - py2);\r
 445                         if (d < label_pt[i].area / 4) {\r
 446                                 // 対象外\r
 447                                 return false;\r
 448                         }\r
 449                 }\r
 450                 // 対象\r
 451                 return true;\r
 452         }\r
 453 }