基于 Amazon DeepRacer Opensource 实现二维码识别与变道亮灯操作

在驾驶过程中，车辆定位的准确程度直接影响决策系统输出结果。在真实驾驶环境中，我们一般使用 GPS 与地图进行车辆定位，但是在模型车辆加载高精度 GPS 会造成车重增加以及耗能增加的问题。因此，我们采用二维码，将车辆位置信息写入二维码（QR code）中，并结合摄像头的车道线识别识别算法进行车辆定位，并指导车辆在双车道上进行变道操作。

二维码在日常生活中非常常见，它是一种特殊类型的条形码，可以将数字与文本信息进行二进制编码与解码，无需考虑方向，角度与透视畸变，并通过冗余纠错进行信息校验保证非常高的准确性。如果我们把位置信息与操作指令编写到二维码中，车辆在对应位置可以毫秒级读取对应信息，并进行对应操作。

例如，在 DeepRacer offroad sample project 中，我们看到如下代码范例：

import qrcode
 qr = qrcode.QRCode(
 version=1,
 error_correction=qrcode.constants.ERROR_CORRECT_H,
 box_size=200,
 border=1,
 )
 qr.add_data('DR: {"wp": 1, "p": "l"}')
 img = qr.make_image(fill_color="black", back_color="white")
 img.save("deepracer_offroad_qr_images/left_wp1.png")

在这段代码中，我们把'DR: {"wp": 1, "p": "l"}'写入二维码中，表示含义为：这个二维码所在位置是第一个 waypoint, 二维码 position 是 left，这两个值都是位置信息，因此可以实现不借助视觉识别，仅计算到二维码的相对位置就可以限定小车的运行方向（https://github.com/aws-deepracer/aws-deepracer-offroad-sample-project/blob/main/getting-started.md）。如果这时我们再加入一个字段："action": "left"，定义为在看到二维码后车辆应该延着左侧车道行驶，我们就可以控制车辆接下来的变道动作。如果再加一个字段："RGB": (10000000, 0, 0)“RGB”: (10，就可以控制尾灯的颜色为红。

在本次比赛中，我们预期车辆识别二维码后行驶路线是这样：

那么我们就需要在 0 和 1 号二维码处标识 action 为左侧道路，2 和 3 号二维码处标识 action 为右侧道路，这种组合车辆在每一处二维码都需要进行变道。

Topic 初始化：

def Pub_init(self):
        self.pub = self.create_publisher(
            ServoCtrlMsg,
            '/ctrl_pkg/servo_msg', #对应topic
            3
        )
        self.cli = self.create_client(SetLedCtrlSrv, 'servo_pkg/set_led_state')
        while not self.cli.wait_for_service():
            print('service not available, waiting again...')
        self.req = SetLedCtrlSrv.Request()

识别 QR code：

def QR_detect_thread(self, img):
        self.QR_DETECTING = True
        gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        result = self.QR_detector.detect(gray)
        if len(result) == 0:
            pass
        else:
            self.qrcode = result[0].tag_id
        self.req.red = int(self.LED_status[self.qrcode, 0])
        self.req.green = int(self.LED_status[self.qrcode, 1])
        self.req.blue = int(self.LED_status[self.qrcode, 2])
        self.cli.call_async(self.req)
        self.QR_DETECTING = False

对应控制逻辑：

M = cv2.moments(img_erode)
if M['m00'] > 0: #识别到二维码
    cx = int(M['m10']/M['m00']) #二维码中心x坐标
    if self.qrcode == -1:
        self.err = -cx+self.IMG_WIDTH/2 - 15 #计算x偏差
    elif ...

    self.ang = 0.026*self.err + \
        0.02 * (self.err-self.last_err)
    self.ang = np.clip(self.ang, -0.9, 0.9)
    self.speed = 0.45-abs(self.ang)*0.06
    self.speed = np.clip(self.speed, 0.385, 0.41) #计算速度+角度

    if self.qrcode == -1:
        self.speed = 0.39
    elif ...
else: #没有识别二维码
    if self.qrcode == -1:
        self.speed = 0.35
        self.ang = 0.9
    elif ...

self.control.throttle = self.speed
self.control.angle = self.ang + 0.25  #下发control message矫正

if not self.QR_DETECTING and self.sample % 2 == 0:
    threading_QR_LED = Thread(
        target=self.QR_detect_thread, args=(img_ori[:, 100:, :],))
    threading_QR_LED.start() #LED尾灯控制

else:
    self.control.throttle = 0.0
    self.control.angle = 0.0

self.pub.publish(self.control) #下发message

此外，在实际指令下发中，需要考虑处理器延迟以及环境噪声，进行实际场景中的调试。在下一篇 blog 中，我们将会讨论基于- Intel Neural Compute Stick 2 与 openvino 的对象识别算法加速场景与实现流程。

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