agrobot_base/Python/OAK/street_detector_oak.py

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Python

import depthai as dai
import cv2
import numpy as np
import time
import json
import sys
import threading
import paho.mqtt.client as mqtt
import uuid
from flask import Flask, Response
# 🔹 Configurações MQTT
mqtt_client = mqtt.Client(f"client_oak_d_lite_{uuid.uuid4()}")
mqtt_client.connect("localhost", port=1883)
# 🔹 Parâmetros de entrada
output_folder = 'Python/Output/'
mqtt_topic = sys.argv[1] # Tópico MQTT para envio dos dados
porta = int(sys.argv[2]) # Porta do Flask
url_rgb = sys.argv[3] # URL do vídeo RGB
url_heatmap = sys.argv[4] # URL do vídeo do Heatmap
max_readings = int(sys.argv[5])
camera_index = int(sys.argv[6])
# 🔹 Flask App
app = Flask(__name__)
# Função para calcular a moda de um array unidimensional
def calc_mode(values):
# Arredonda os valores para eliminar pequenas variações
rounded = np.round(values, 0)
vals, counts = np.unique(rounded, return_counts=True)
return vals[np.argmax(counts)]
# Configuração de filtros
NUM_FRAMES_SMOOTH = 5 # Número de frames para suavização temporal
SMOOTH_KERNEL = (5, 5) # Tamanho do kernel para suavização espacial
OUTLIER_THRESHOLD = 50 # Limiar para remoção de outliers
depth_buffer = [] # Buffer para armazenar os últimos frames de profundidade
# Suavização Temporal
def smooth_depth(depth_frame):
global depth_buffer
if len(depth_buffer) >= NUM_FRAMES_SMOOTH:
depth_buffer.pop(0) # Remove o frame mais antigo
depth_buffer.append(depth_frame) # Adiciona o novo frame
return np.mean(depth_buffer, axis=0).astype(np.uint16) # Retorna a média
# Suavização Espacial (Filtro Gaussiano)
def gaussian_smooth(depth_frame):
return cv2.GaussianBlur(depth_frame, SMOOTH_KERNEL, 0)
# Filtro de Mediana para Remover Ruídos
def median_filter(depth_frame):
return cv2.medianBlur(depth_frame, 5)
# Remover Outliers (Saltos Extremos)
def remove_outliers(depth_frame):
depth_median = cv2.medianBlur(depth_frame, 5)
diff = np.abs(depth_frame - depth_median)
depth_frame[diff > OUTLIER_THRESHOLD] = depth_median[diff > OUTLIER_THRESHOLD]
return depth_frame
# Aplicar filtros no depthFrame
def apply_depth_filters(depth_frame):
if filtro1:
depth_frame = smooth_depth(depth_frame) # 1. Suavização Temporal
if filtro2:
depth_frame = gaussian_smooth(depth_frame) # 2. Suavização Espacial
if filtro3:
depth_frame = median_filter(depth_frame) # 3. Filtro de Mediana
if filtro4:
depth_frame = remove_outliers(depth_frame) # 4. Remoção de Outliers
return depth_frame
# Função para gerar o mapa de calor da profundidade
def generate_heatmap(depth_frame):
normalized_depth = cv2.normalize(depth_frame, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
heatmap = cv2.applyColorMap(normalized_depth.astype(np.uint8), cv2.COLORMAP_JET)
return heatmap
# ───────────────────────────────────────────────
# Configurações da câmera e das matrizes
# ───────────────────────────────────────────────
RGB_WIDTH, RGB_HEIGHT = 640, 480
WIDTH, HEIGHT = 320, 240
# Região do solo (grid A - parte inferior): ocupa 50% da altura da imagem
GROUND_ROWS = 10 # Número de linhas da matriz do solo
GROUND_CELLS = 10 # Número de células por linha
GROUND_REGION_HEIGHT = int(HEIGHT * 0.5) # 50% da altura da imagem
GROUND_TOP_SCALE = 0.5 # A linha mais distante (superior da região) terá 35% da largura total
DEPTH_LIMIT = 50 # (Valor de referência para comparação, mas agora usamos calibração)
# Região aérea (parte superior): ocupa o restante da imagem
AIR_ROWS = 10 # Número de linhas na matriz aérea
AIR_COLS = 15 # Número de colunas na matriz aérea
AIR_REGION_HEIGHT = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT # Altura da região aérea
# ───────────────────────────────────────────────
# Parâmetros para calibração e detecção com moda
# ───────────────────────────────────────────────
NUM_CALIB_FRAMES = 100 # Número de frames para calibração
NUM_DETECT_FRAMES = 10 # Número de frames para acumulação antes de calcular a moda na detecção
# Variável global para armazenar o frame de profundidade atual (para uso no callback)
current_depth_frame = None
show_grid = False
filtro1 = True
filtro2 = True
filtro3 = True
filtro4 = True
# ───────────────────────────────────────────────
# Criação do pipeline DepthAI
# ───────────────────────────────────────────────
pipeline = dai.Pipeline()
# Nó da câmera RGB
cam_rgb = pipeline.create(dai.node.ColorCamera)
cam_rgb.setPreviewSize(RGB_WIDTH, RGB_HEIGHT)
cam_rgb.setBoardSocket(dai.CameraBoardSocket.RGB)
cam_rgb.setInterleaved(False)
xout_rgb = pipeline.create(dai.node.XLinkOut)
xout_rgb.setStreamName("rgb")
cam_rgb.preview.link(xout_rgb.input)
# Nó de profundidade
mono_left = pipeline.create(dai.node.MonoCamera)
mono_right = pipeline.create(dai.node.MonoCamera)
mono_left.setResolution(dai.MonoCameraProperties.SensorResolution.THE_480_P)
mono_right.setResolution(dai.MonoCameraProperties.SensorResolution.THE_480_P)
mono_left.setBoardSocket(dai.CameraBoardSocket.LEFT)
mono_right.setBoardSocket(dai.CameraBoardSocket.RIGHT)
stereo = pipeline.create(dai.node.StereoDepth)
stereo.setDefaultProfilePreset(dai.node.StereoDepth.PresetMode.ROBOTICS)
#stereo.initialConfig.setConfidenceThreshold(250) # Remove ruído, mantendo apenas pontos confiáveis
#stereo.initialConfig.setMedianFilter(dai.MedianFilter.KERNEL_7x7) # Usa filtro de mediana forte
#stereo.setLeftRightCheck(True) # Ativa verificação para evitar erros
#stereo.setExtendedDisparity(False) # Reduz ruído em distâncias curtas
#stereo.setSubpixel(True) # Aumenta a precisão da profundidade
mono_left.out.link(stereo.left)
mono_right.out.link(stereo.right)
xout_depth = pipeline.create(dai.node.XLinkOut)
xout_depth.setStreamName("depth")
stereo.depth.link(xout_depth.input)
device_global = None
selected_device_info = None
camera_iniciada = False
def initialize_device():
global device_global, selected_device_info, camera_iniciada
# Listar todas as câmeras conectadas
devices = dai.Device.getAllAvailableDevices()
if len(devices) == 0:
print("Nenhuma câmera OAK conectada.")
return
if camera_index >= len(devices):
print(f"Índice da câmera ({camera_index}) inválido. Apenas {len(devices)} câmeras disponíveis.")
return
selected_device_info = devices[camera_index] # Seleciona a câmera correta pelo índice
print(f"Usando câmera: {selected_device_info.name} (ID: {selected_device_info.mxid})")
device_global = dai.Device(pipeline, selected_device_info)
camera_iniciada = True
# 🔹 Função para enviar vídeo via Flask
def process_depth_data():
if camera_iniciada == False:
initialize_device()
global device_global, selected_device_info
depth_queue = device_global.getOutputQueue(name="depth", maxSize=1, blocking=False)
# Função para calibrar a região do solo utilizando a moda
def calibrate_ground():
print("Calibrando região do solo: coletando {} frames...".format(NUM_CALIB_FRAMES))
calib_data = np.zeros((GROUND_ROWS, GROUND_CELLS, NUM_CALIB_FRAMES))
for frame_idx in range(NUM_CALIB_FRAMES):
depth_frame = depth_queue.get().getFrame()
depth_frame = apply_depth_filters(depth_frame)
for i in range(GROUND_ROWS):
y_start = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT + i * row_height_ground
y_end = y_start + row_height_ground
scale = GROUND_TOP_SCALE + (i / (GROUND_ROWS - 1)) * (1 - GROUND_TOP_SCALE) if GROUND_ROWS > 1 else 1
effective_width = int(WIDTH * scale)
cell_width = effective_width / GROUND_CELLS
for j in range(GROUND_CELLS):
x_start = int(WIDTH / 2 - effective_width / 2 + j * cell_width)
x_end = int(x_start + cell_width)
calib_data[i, j, frame_idx] = np.mean(depth_frame[y_start:y_end, x_start:x_end])
ground_ref = np.zeros((GROUND_ROWS, GROUND_CELLS))
for i in range(GROUND_ROWS):
for j in range(GROUND_CELLS):
ground_ref[i, j] = calc_mode(calib_data[i, j, :])
print("Calibração da região do solo concluída!")
return ground_ref
# Função para calibrar a região aérea utilizando a moda
def calibrate_air():
print("Calibrando região aérea: coletando {} frames...".format(NUM_CALIB_FRAMES))
calib_data_air = np.zeros((AIR_ROWS, AIR_COLS, NUM_CALIB_FRAMES))
row_height_air = AIR_REGION_HEIGHT // AIR_ROWS
cell_width_air = WIDTH // AIR_COLS
for frame_idx in range(NUM_CALIB_FRAMES):
depth_frame = depth_queue.get().getFrame()
depth_frame = apply_depth_filters(depth_frame)
for i in range(AIR_ROWS):
y_start = i * row_height_air
y_end = y_start + row_height_air
for j in range(AIR_COLS):
x_start = j * cell_width_air
x_end = x_start + cell_width_air
calib_data_air[i, j, frame_idx] = np.mean(depth_frame[y_start:y_end, x_start:x_end])
air_ref = np.zeros((AIR_ROWS, AIR_COLS))
for i in range(AIR_ROWS):
for j in range(AIR_COLS):
air_ref[i, j] = calc_mode(calib_data_air[i, j, :])
print("Calibração da região aérea concluída!")
return air_ref
# Função para calibrar a distância utilizando a moda
def calibrate_distance(alvo=2500):
global GROUND_REGION_HEIGHT, AIR_REGION_HEIGHT # Garantir que estamos alterando as variáveis globais
NUM_LINHAS_ANALISE = 80 # Número de linhas horizontais para análise
ALTURA_LINHA = HEIGHT // NUM_LINHAS_ANALISE # Altura de cada linha
PROFUNDIDADE_ALVO = alvo # Profundidade alvo em cm para definir a região do solo dinamicamente
media_profundidade_acumulada = np.zeros((NUM_LINHAS_ANALISE, NUM_CALIB_FRAMES))
print("Calibrando profundidade média com {} frames...".format(NUM_CALIB_FRAMES))
for frame_idx in range(NUM_CALIB_FRAMES):
depth_frame = depth_queue.get().getFrame()
depth_frame = apply_depth_filters(depth_frame)
for i in range(NUM_LINHAS_ANALISE):
y_start = HEIGHT - (i + 1) * ALTURA_LINHA
y_end = y_start + ALTURA_LINHA
x_start_crop = int(WIDTH * 0.0)
x_end_crop = int(WIDTH * 1.0)
region_values = depth_frame[y_start:y_end, x_start_crop:x_end_crop].flatten()
valid_values = region_values[(region_values > 0) & (region_values < 10000)]
if valid_values.size > 0:
media_profundidade_acumulada[i, frame_idx] = np.mean(valid_values)
else:
media_profundidade_acumulada[i, frame_idx] = 9999
media_profundidade = np.array([calc_mode(media_profundidade_acumulada[i, :]) for i in range(NUM_LINHAS_ANALISE)])
#print("Médias de profundidade por linha (usando moda):", media_profundidade)
erro_minimo = float('inf')
linha_alvo = None
for i in range(NUM_LINHAS_ANALISE):
erro = abs(media_profundidade[i] - PROFUNDIDADE_ALVO)
if erro < erro_minimo:
erro_minimo = erro
linha_alvo = i
if linha_alvo is not None:
linha_alvo += 1
GROUND_REGION_HEIGHT = HEIGHT - ((NUM_LINHAS_ANALISE - linha_alvo) * ALTURA_LINHA)
else:
GROUND_REGION_HEIGHT = HEIGHT // 2
AIR_REGION_HEIGHT = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT
v = GROUND_REGION_HEIGHT // GROUND_ROWS
print("Novo GROUND_REGION_HEIGHT:", GROUND_REGION_HEIGHT)
print("Novo AIR_REGION_HEIGHT:", AIR_REGION_HEIGHT)
print("Novo tamanho das linhas do solo:", v)
return v
# Gerar json dos dados das subdivisoes
def gerar_json_subdivisoes():
data = {
"x_max": WIDTH,
"y_max": HEIGHT,
"subdivisoes_cima": {
"num_linhas": AIR_ROWS,
"num_colunas": AIR_COLS,
"celulas": []
},
"subdivisoes_chao": {
"num_linhas": GROUND_ROWS,
"num_colunas": GROUND_CELLS,
"celulas": []
}
}
# Subdivisões da região aérea
row_height_air = AIR_REGION_HEIGHT // AIR_ROWS
cell_width_air = WIDTH // AIR_COLS
for i in range(AIR_ROWS):
for j in range(AIR_COLS):
x_start = j * cell_width_air
y_start = i * row_height_air
data["subdivisoes_cima"]["celulas"].append({
"linha": i,
"coluna": j,
"x": x_start,
"y": y_start,
"largura": cell_width_air,
"altura": row_height_air,
"profundidade_media": smoothed_air[i, j],
"profundidade_calibragem": air_reference[i, j]
})
# Subdivisões da região do solo
row_height_ground = GROUND_REGION_HEIGHT // GROUND_ROWS
for i in range(GROUND_ROWS):
scale = (GROUND_TOP_SCALE + (i / (GROUND_ROWS - 1)) * (1 - GROUND_TOP_SCALE)) if GROUND_ROWS > 1 else 1
effective_width = int(WIDTH * scale)
cell_width = effective_width / GROUND_CELLS
y_start = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT + i * row_height_ground
start_x = int(WIDTH / 2 - effective_width / 2)
for j in range(GROUND_CELLS):
x_start = int(start_x + j * cell_width)
data["subdivisoes_chao"]["celulas"].append({
"linha": i,
"coluna": j,
"x": x_start,
"y": y_start,
"largura": int(cell_width),
"altura": row_height_ground,
"profundidade_media": smoothed_ground[i, j],
"profundidade_calibragem": ground_reference[i, j]
})
return json.dumps(data, indent=4)
# Calibração inicial
row_height_ground = calibrate_distance()
ground_reference = calibrate_ground()
air_reference = calibrate_air()
# Preparação para a detecção usando moda (acumula dados de alguns frames)
detect_counter = 0
detect_data_ground = np.zeros((GROUND_ROWS, GROUND_CELLS, NUM_DETECT_FRAMES))
detect_data_air = np.zeros((AIR_ROWS, AIR_COLS, NUM_DETECT_FRAMES))
last_detect_ground = np.zeros((GROUND_ROWS, GROUND_CELLS))
last_detect_air = np.zeros((AIR_ROWS, AIR_COLS))
# Parâmetro para o filtro de média móvel
alpha = 0.4 # ajuste entre 0 e 1 (valores menores = mais suave)
# Inicialize as grids filtradas com os valores de calibração (ou com zeros, se preferir)
smoothed_ground = ground_reference.copy()
smoothed_air = air_reference.copy()
last_time = time.time()
target_fps = 30 # Limita o FPS
readings = []
while True:
current_time = time.time()
if current_time - last_time < 1 / target_fps:
time.sleep(0.01)
continue
last_time = current_time
in_depth = depth_queue.tryGet()
if in_depth is None:
continue
depth_frame = in_depth.getFrame()
# Aplicação dos filtros em sequência
depth_frame = apply_depth_filters(depth_frame)
# Gera o mapa de calor
heatmap = generate_heatmap(depth_frame)
# Cria uma cópia do heatmap para desenhar o overlay
heatmap_overlay = heatmap.copy()
# ─────────────────────────────────────────────
# Atualiza a grid do SOLO (região inferior) com média móvel
# ─────────────────────────────────────────────
for i in range(GROUND_ROWS):
y_start = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT + i * row_height_ground
y_end = y_start + row_height_ground
scale = (GROUND_TOP_SCALE +
(i / (GROUND_ROWS - 1)) * (1 - GROUND_TOP_SCALE)) if GROUND_ROWS > 1 else 1
effective_width = int(WIDTH * scale)
cell_width = effective_width / GROUND_CELLS
for j in range(GROUND_CELLS):
x_start = int(WIDTH / 2 - effective_width / 2 + j * cell_width)
x_end = int(x_start + cell_width)
# Obtém os valores válidos da região
region_values = depth_frame[y_start:y_end, x_start:x_end].flatten()
valid_values = region_values[(region_values > 0) & (region_values < 10000)] # Remove valores inválidos
# Calcula a média da célula e atualiza as variáveis
if valid_values.size > 0:
measurement = np.mean(valid_values)
else:
measurement = 9999 # Define um valor alto se não houver dados válidos
# Atualiza a grid suavizada com a média móvel
smoothed_ground[i, j] = alpha * measurement + (1 - alpha) * smoothed_ground[i, j]
# Atualiza a matriz last_detect_ground com a média real da célula
last_detect_ground[i, j] = measurement
# ─────────────────────────────────────────────
# Atualiza a grid da REGIÃO AÉREA (parte superior) com média móvel
# ─────────────────────────────────────────────
row_height_air = AIR_REGION_HEIGHT // AIR_ROWS
cell_width_air = WIDTH // AIR_COLS
for i in range(AIR_ROWS):
y_start = i * row_height_air
y_end = y_start + row_height_air
for j in range(AIR_COLS):
x_start = j * cell_width_air
x_end = x_start + cell_width_air
# Obtém os valores válidos da região
region_values = depth_frame[y_start:y_end, x_start:x_end].flatten()
valid_values = region_values[(region_values > 0) & (region_values < 10000)] # Remove valores inválidos
# Calcula a média da célula e atualiza as variáveis
if valid_values.size > 0:
measurement = np.mean(valid_values)
else:
measurement = 9999 # Define um valor alto se não houver dados válidos
# Atualiza a grid suavizada com a média móvel
smoothed_air[i, j] = alpha * measurement + (1 - alpha) * smoothed_air[i, j]
# Atualiza a matriz last_detect_air com a média real da célula
last_detect_air[i, j] = measurement
# ─────────────────────────────────────────────
# Processamento da detecção: Região do SOLO
# ─────────────────────────────────────────────
for i in range(GROUND_ROWS):
y_start = HEIGHT - GROUND_REGION_HEIGHT + i * row_height_ground
y_end = y_start + row_height_ground
scale = (GROUND_TOP_SCALE + (i / (GROUND_ROWS - 1)) * (1 - GROUND_TOP_SCALE)) if GROUND_ROWS > 1 else 1
effective_width = int(WIDTH * scale)
cell_width = effective_width / GROUND_CELLS
for j in range(GROUND_CELLS):
x_start = int(WIDTH / 2 - effective_width / 2 + j * cell_width)
x_end = int(x_start + cell_width)
# Compara o valor suavizado com a referência calibrada
if smoothed_ground[i, j] < (ground_reference[i, j] - DEPTH_LIMIT):
# Obstáculo (valor menor: objeto mais próximo)
cv2.rectangle(heatmap_overlay, (x_start, y_start), (x_end, y_end), (0, 0, 255), -1)
elif smoothed_ground[i, j] > (ground_reference[i, j] + DEPTH_LIMIT):
# Erosão (valor maior: superfície rebaixada)
cv2.rectangle(heatmap_overlay, (x_start, y_start), (x_end, y_end), (0, 255, 255), -1)
if show_grid:
cv2.rectangle(heatmap, (x_start, y_start), (x_end, y_end), (255, 255, 255), 1)
# ─────────────────────────────────────────────
# Processamento da detecção: Região AÉREA
# ─────────────────────────────────────────────
for i in range(AIR_ROWS):
y_start = i * row_height_air
y_end = y_start + row_height_air
for j in range(AIR_COLS):
x_start = j * cell_width_air
x_end = x_start + cell_width_air
if smoothed_air[i, j] < (air_reference[i, j] - DEPTH_LIMIT):
cv2.rectangle(heatmap_overlay, (x_start, y_start), (x_end, y_end), (0, 255, 0), -1)
if show_grid:
cv2.rectangle(heatmap, (x_start, y_start), (x_end, y_end), (255, 255, 255), 1)
try:
memory_usage = device_global.getDdrMemoryUsage()
memory_info = {
"remaining": memory_usage.remaining,
"total": memory_usage.total,
"used": memory_usage.used
}
except:
memory_info = None # Se houver erro, define como None
try:
temp = device_global.getChipTemperature()
temp_info = {
"css": temp.css,
"mss": temp.mss,
"upa": temp.upa,
"dss": temp.dss
}
except:
temp_info = None # Se houver erro, define como None
device_data = {
"id": selected_device_info.getMxId(), # ID do dispositivo
"name": selected_device_info.name, # Nome do dispositivo
"state": selected_device_info.state.name, # Estado do dispositivo
"usb_speed": str(device_global.getUsbSpeed().name) if hasattr(device_global, 'getUsbSpeed') else None, # Velocidade USB
"available_camera_sensors": [sensor.name for sensor in device_global.getConnectedCameras()], # Sensores de câmera disponíveis
"version": str(device_global.getDeviceInfo().protocol) if hasattr(device_global, 'getDeviceInfo') else None, # Versão do protocolo
"memory_usage": memory_info, # Uso de memória DDR
"temperature": temp_info, # Temperatura do chip
"bootloader_version": str(device_global.getBootloaderVersion()) if hasattr(device_global, 'getBootloaderVersion') else None, # Bootloader
"is_pipeline_running": device_global.isPipelineRunning() if hasattr(device_global, 'isPipelineRunning') else None # Pipeline rodando?
}
json_data = {
'timestamp': current_time,
'device_data': device_data,
'x_max': WIDTH,
'y_max': HEIGHT,
'subdivisoes': gerar_json_subdivisoes(),
}
readings.append(json_data)
# Enviar apenas a cada max_readings capturas
if len(readings) >= max_readings:
mensagem_relevante = readings[-1]
mqtt_client.publish(mqtt_topic, json.dumps(mensagem_relevante).encode('utf-8'))
readings.clear()
video_frame = heatmap
ret, buffer = cv2.imencode('.jpg', video_frame, [cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, 80]) # Reduz qualidade para 80%
frame = buffer.tobytes()
yield (b'--frame\r\n'
b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + frame + b'\r\n')
# 🔹 Função para enviar vídeo via Flask
def view_rgb_video():
if camera_iniciada == False:
initialize_device()
global device_global, selected_device_info
rgb_queue = device_global.getOutputQueue(name="rgb", maxSize=1, blocking=False)
while True:
in_rgb = rgb_queue.tryGet()
if in_rgb is None:
continue
rgb_frame = in_rgb.getCvFrame()
video_frame = rgb_frame
ret, buffer = cv2.imencode('.jpg', video_frame, [cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, 80]) # Reduz qualidade para 80%
frame = buffer.tobytes()
yield (b'--frame\r\n'
b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + frame + b'\r\n')
def send_script_ready():
mqtt_client.publish(mqtt_topic, "OK")
def run_flask_server():
app.run(host='0.0.0.0', port=porta, threaded=True, debug=False)
# 🔹 Servidores Flask para RGB e Heatmap
@app.route('/' + url_rgb, methods=['GET'])
def video_feed_rgb():
return Response(view_rgb_video(), mimetype='multipart/x-mixed-replace; boundary=frame')
@app.route('/' + url_heatmap, methods=['GET'])
def video_feed_heatmap():
return Response(process_depth_data(), mimetype='multipart/x-mixed-replace; boundary=frame')
if __name__ == '__main__':
mqtt_thread = threading.Thread(target=send_script_ready)
mqtt_thread.start()
run_flask_server()