Emgu-WPF 激光雷达研究-绘制雷达图

原文:Emgu-WPF 激光雷达研究-绘制雷达图

硬件：Hokuyo URG04LX

环境：VS2017- win10- 64  Emgu_3.2.0.2682

语言：C#  WPF  

数据解析参考：

https://sourceforge.net/p/urgnetwork/wiki/Home/

https://github.com/bqhdev/urg04lx_data_decoder

http://sourceforge.net/projects/urgnetwork/files/urg_cs_sample/Urg_cs_sample.zip/download

解析后数据：

数据解析封装：

    public class SensorData
    {
        public string DecodeStr { get; set; }
        public double TimeStamp { get; set; }
        public List<double> Distances { get; set; }
        public int Index { get; set; }
    }

    public class UrgSensor
    {
        //private bool IsUseSampleDatas_FromDistances = false;
        //private bool IsUseSampleDatas_FromFiles = true;

        private bool IsUseSampleDatas_FromDistances = true;
        private bool IsUseSampleDatas_FromFiles = false; // 每帧数据从离线文件中获取 --- 提前记录了某一时间段实时数据，离线测试使用

        private bool IsForceUseMetaDatas = false;

        private List<string> SampleDatas;
        private int Index = -1;

        #region Sample Datas From Distance List Excute If Sensor Exception

        // 解析后数据 - 用于Emgu离线绘图测试
        private void InitSampleDatas()
        {
            this.SampleDatas = new List<string>(){
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            };
        }

        private DispatcherTimer TimerSampleData;

        private void CreateSampleDats()
        {
            this.InitSampleDatas();

            if (this.TimerSampleData == null)
            {
                this.TimerSampleData = new DispatcherTimer();
                this.TimerSampleData.Interval = TimeSpan.FromMilliseconds(100);
                this.TimerSampleData.Tick += TimerSampleData_Tick;
                this.TimerSampleData.Start();
            }
        }

        private void FreeTimerSampleDatas()
        {
            if (this.TimerSampleData != null)
            {
                this.TimerSampleData.Stop();
                this.TimerSampleData.Tick -= TimerSampleData_Tick;
                this.TimerSampleData = null;
            }
        }

        private void TimerSampleData_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            this.Index++;
            if (this.Index >= this.SampleDatas.Count)
                this.Index = 0;
            if(OnSensorDataReceived != null)
                OnSensorDataReceived("");
            if (OnSensorDataDecoded != null)
            {
                string sDatas = this.SampleDatas[this.Index];
                List<double> ltDistance = this.ConvertToList(sDatas);
                if (OnSensorDataDecoded != null)
                {
                    SensorData oData = new SensorData();
                    oData.DecodeStr = sDatas;
                    oData.Distances = ltDistance;
                    OnSensorDataDecoded(oData);
                }
            }
        }

        private List<double> ConvertToList(string sValue)
        {
            List<double> ltDatas = new List<double>();
            string[] arrValue = sValue.Split(new char[] { ' ' }, StringSplitOptions.None);
            for (int i = 0; i < arrValue.Length; i++)
            {
                ltDatas.Add(Convert.ToDouble(arrValue[i]));
            }
            return ltDatas;
        }

        #endregion

        #region Sample Datas From Files

        private void InitMetaDatas()
        {
            this.SampleDatas = new List<string>();
            List<string> ltFile = FolderHelper.GetAllFileFullName(GlobalVar.DATAS_PATH); // 文件列表
            for (int i = 0; i < ltFile.Count; i++)
            {
                string sMetaFile = ltFile[i];
                this.SampleDatas.Add(this.ReadFileContents(sMetaFile));
            }
        }

        private string ReadFileContents(string sFile)
        {
            FileStream fileStream = new FileStream(sFile, FileMode.Open, FileAccess.Read);
            StreamReader oReader = new StreamReader(fileStream);
            string sContent = oReader.ReadToEnd();
            oReader.Close();
            fileStream.Close();
            return sContent;
        }

        private DispatcherTimer TimerSampleData_Meta;

        private void CreateSampleTimer_MetaDatas()
        {
            this.InitMetaDatas();

            if (this.TimerSampleData_Meta == null)
            {
                this.TimerSampleData_Meta = new DispatcherTimer();
                this.TimerSampleData_Meta.Interval = TimeSpan.FromMilliseconds(100);
                this.TimerSampleData_Meta.Tick += TimerSampleData_Meta_Tick;
                this.TimerSampleData_Meta.Start();
            }
        }

        private void FreeTimerSampleDatas_Meta()
        {
            if (this.TimerSampleData_Meta != null)
            {
                this.TimerSampleData_Meta.Stop();
                this.TimerSampleData_Meta.Tick -= TimerSampleData_Meta_Tick;
                this.TimerSampleData_Meta = null;
            }
        }

        private void TimerSampleData_Meta_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            this.Index++;
            if (this.Index >= this.SampleDatas.Count)
                this.Index = 0;

            string sSensorData = this.SampleDatas[this.Index];
            App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() =>
            {
                if (OnSensorDataReceived != null)
                    OnSensorDataReceived(sSensorData);
            }));
            double dTimeStamp = 0;
            List<double> ltDistances = new List<double>();
            string sDecode = UrgService.TestDecodeSensorDatas(sSensorData, ref dTimeStamp, ref ltDistances); // 解析
            if (!String.IsNullOrEmpty(sDecode))
            {
                App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() =>
                {
                    if (OnSensorDataDecoded != null)
                    {
                        SensorData oData = new SensorData();
                        oData.Index = this.Index;
                        oData.DecodeStr = sDecode;
                        oData.TimeStamp = dTimeStamp;
                        oData.Distances = ltDistances;
                        OnSensorDataDecoded(oData);
                    }
                }));
            }
        }

        #endregion

        public UrgSensor()
        {
            this.InitSerialPort();
            EventService.AppShutDowningEvent += EventService_AppShutDowningEvent;
        }

        private void EventService_AppShutDowningEvent()
        {
            EventService.AppShutDowningEvent -= EventService_AppShutDowningEvent;
            this.FreeSerialPort();
            this.FreeTimerSampleDatas();
        }

        private SerialPort RadarPort;
        private string PortName = "COM4";
        private int BaudRate = 115200;

        private void CreateBetaDatas()
        {
            App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() => {
                if (this.IsUseSampleDatas_FromDistances)
                    this.CreateSampleDats();
                else if (this.IsUseSampleDatas_FromFiles)
                    this.CreateSampleTimer_MetaDatas();
            }));
        }

        private void InitSerialPort()
        {
            Task.Run(() => {
                try
                {
                    if (!IsForceUseMetaDatas)
                    {
                        this.RadarPort = new SerialPort(this.PortName, this.BaudRate);
                        this.RadarPort.NewLine = "\n\n";
                        this.RadarPort.Open();
                        this.RadarPort.Write("SCIP2.0\n");
                        this.RadarPort.ReadLine();
                        this.RadarPort.Write(UrgService.SCIP_MD(0, 760));
                        this.RadarPort.ReadLine();
                        this.RadarPort.DataReceived += RadarPort_DataReceived;
                    }
                    else
                        this.CreateBetaDatas();
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine(ex.Message);
                    this.CreateBetaDatas();
                }
            });
        }

        private void FreeSerialPort()
        {
            try
            {
                if (this.RadarPort != null)
                {
                    this.RadarPort.Write("QT\n");
                    this.RadarPort.Close();
                    this.RadarPort = null;
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("Error:" + ex.Message);
            }
        }

        private void RadarPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            try
            {
                SerialPort oSerialPort = sender as SerialPort;
                string sSensorData = oSerialPort.ReadLine();

                // 数据存储
                //string sFileName = GlobalVar.DATAS_PATH + FormatHelper.GetFormatFullTime() + ".meta";
                //AsynchUtils.AsynchExecuteFunc(App.Current.Dispatcher, () =>
                //{

                //    FileStream fileStream = new FileStream(sFileName, FileMode.Append, FileAccess.Write);
                //    StreamWriter streamWriter = new StreamWriter(fileStream);
                //    streamWriter.WriteLine(sSensorData);
                //    streamWriter.Flush();
                //    streamWriter.Close();
                //    fileStream.Close();
                //}, null);

                App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() =>
                {
                    if (OnSensorDataReceived != null)
                        OnSensorDataReceived(sSensorData);
                }));
                double dTimeStamp = 0;
                List<double> ltDistances = new List<double>();

                string sDecode = UrgService.TestDecodeSensorDatas(sSensorData, ref dTimeStamp, ref ltDistances);
                if (!String.IsNullOrEmpty(sDecode))
                {
                    App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() =>
                    {
                        if (OnSensorDataDecoded != null)
                        {
                            SensorData oData = new SensorData();
                            oData.DecodeStr = sDecode;
                            oData.TimeStamp = dTimeStamp;
                            oData.Distances = ltDistances;
                            OnSensorDataDecoded(oData);
                        }
                    }));
                }

                //bool bIsValid = UrgService.DecodeSensorDatas(sSensorData, ref lTimeStamp, ref ltDistances);
                //if (bIsValid)
                //{
                //    App.Current.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() => {
                //
                //
                //    }));
                //}
            }
            catch { }
        }

        public static UrgSensor RadarSensor;

        static UrgSensor()
        {
            Instance();
        }

        public static void Instance()
        {
            if (RadarSensor == null)
                RadarSensor = new UrgSensor();
        }

        public delegate void DataReceivedEventHandler(string sSensorData);

        public static event DataReceivedEventHandler OnSensorDataReceived;

        public delegate void SensorDataDecodedEventHandler(SensorData oSensorData);

        public static event SensorDataDecodedEventHandler OnSensorDataDecoded;
    }

 public class UrgService
    {
        public static string SCIP_MD(int start, int end, int grouping = 1,
            int skips = 0, int scans = 0)
        {
            return "MD" + start.ToString("D4") + end.ToString("D4")
                + grouping.ToString("D2") + skips.ToString("D1")
                + scans.ToString("D2") + "\n";
        }

        public static bool DecodeSensorDatas(string sContent, ref long lTimeStamp,
            ref List<double> ltDistances)
        {
            string[] arrDatas = sContent.Split(new char[] { '\n' },
                StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
            if (!arrDatas[0].StartsWith("MD"))
                return false;
            if (arrDatas[1].StartsWith("00") || arrDatas[1].StartsWith("99"))
            {
                lTimeStamp = UrgService.Decode(arrDatas[2], 4);
                UrgService.GetDistanceDatas(arrDatas, 3, ref ltDistances);
                return true;
            }
            else
                return false;
        }

        private static bool GetDistanceDatas(string[] arrDatas, int nStartIndex, ref List<double> ltDistances)
        {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = nStartIndex; i < arrDatas.Length; ++i)
            {
                sb.Append(arrDatas[i].Substring(0, arrDatas[i].Length - 1));
            }
            return decode_array(sb.ToString(), 3, ref ltDistances);
        }

        private static bool decode_array(string sData, int nSize, ref List<double> ltDistances)
        {
            for (int nPos = 0; nPos <= sData.Length - nSize; nPos += nSize)
            {
                long lDecodeValue = UrgService.Decode(sData, nSize, nPos);
                ltDistances.Add(lDecodeValue);
            }
            return true;
        }

        private static long Decode(string sData, int nSize, int nOffset = 0)
        {
            long value = 0;
            for (int i = 0; i < nSize; ++i)
            {
                value <<= 6;
                value |= (long)sData[nOffset + i] - 0x30;
            }
            return value;
        }

        public static string TestDecodeSensorDatas(string sContent, ref double lTimeStamp,
            ref List<double> ltDistances)
        {
            string[] arrDatas = sContent.Split(new char[] { '\n' },
                StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
            if (!arrDatas[0].StartsWith("MD"))
                return "";
            if (arrDatas[1].StartsWith("00") || arrDatas[1].StartsWith("99"))
            {
                lTimeStamp = UrgService.Decode(arrDatas[2], 4);
                return UrgService.TestGetDistanceDatas(arrDatas, 3, ref ltDistances);
            }
            else
                return "";
        }

        private static string TestGetDistanceDatas(string[] arrDatas, int nStartIndex, ref List<double> ltDistances)
        {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (int i = nStartIndex; i < arrDatas.Length; ++i)
            {
                sb.Append(arrDatas[i].Substring(0, arrDatas[i].Length - 1));
            }
            return TestDecodeArray(sb.ToString(), 3, ref ltDistances);
        }

        private static string TestDecodeArray(string sData, int nSize, ref List<double> ltDistances)
        {
            string sResult = "";
            for (int nPos = 0; nPos <= sData.Length - nSize; nPos += nSize)
            {
                double lDecodeValue = UrgService.Decode(sData, nSize, nPos);
                ltDistances.Add(lDecodeValue);
                sResult += lDecodeValue.ToString() + " ";
            }
            return sResult;
        }

    }

雷达数据绘制：

点图：

以Sensor为中心点绘制线图

        // 绘制距离Map
        private void CreateSensorDataImage(List<double> ltDistances, ref Image<Gray, byte> oImgBgr)
        {
            double dScale = 3;
            for (int i = 0; i < ltDistances.Count; i++)
            {
                double dDegree = -120d + i * this.IntervalDegree;
                double dRadian = Utilitys.ConvertToRads(dDegree);
                double dDistance = ltDistances[i] / dScale;
                int nX = (int)(960 + dDistance * Math.Sin(dRadian));
                int nY = (int)(540 - dDistance * Math.Cos(dRadian)) + +this.SupplyY;
                CvInvoke.Line(oImgBgr, new Drawing.Point(960, 540 + this.SupplyY),
                    new Drawing.Point(nX, nY), new MCvScalar(255, 255, 255));
            }
        }

以Sensor为中心点绘制成Ploygon：

Emgu绘制Ploygon：

                this.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Normal, (Action)(() =>
                {
                    Image<Bgr, byte> oImgBgr = new Image<Bgr, byte>(1920, 1080, new Bgr(255, 255, 255));
                    
                    List<Drawing.Point> ltPoints = new List<Drawing.Point>();
                    int nCenterX = 960;
                    int nCenterY = 540 + this.SupplyY;
                    ltPoints.Add(new Drawing.Point(nCenterX, nCenterY));

                    double dScale = 3;
                    double dIntervalDegree = 240d / 760d;

                    for (int i = 0; i < ltDistances.Count; i++)
                    {
                        double dDegree = -120d + i * dIntervalDegree;
                        double dRadian = Utilitys.ConvertToRads(dDegree);
                        double dDistance = ltDistances[i] / dScale;
                        int nX = (int)(960 + dDistance * Math.Sin(dRadian));
                        int nY = (int)(540 - dDistance * Math.Cos(dRadian)) + +this.SupplyY;
                        ltPoints.Add(new Drawing.Point(nX, nY));
                    }
                    using (VectorOfPoint vPoint = new VectorOfPoint(ltPoints.ToArray()))
                    using (VectorOfVectorOfPoint vvPoint = new VectorOfVectorOfPoint(vPoint))
                    {
                        CvInvoke.FillPoly(oImgBgr, vvPoint, new Bgr(0, 0, 0).MCvScalar);
                    }
                    
                    this.ImgMainZm.Source = BitmapSourceConvert.ToBitmapSource(oImgBgr);
                }));

其他参考链接：

https://blog.csdn.net/renshengrumenglibing/article/details/8600669