samples/c/kalman.c

   1 /*
   2    Tracking of rotating point.
   3    Rotation speed is constant.
   4    Both state and measurements vectors are 1D (a point angle),
   5    Measurement is the real point angle + gaussian noise.
   6    The real and the estimated points are connected with yellow line segment,
   7    the real and the measured points are connected with red line segment.
   8    (if Kalman filter works correctly,
   9     the yellow segment should be shorter than the red one).
  10    Pressing any key (except ESC) will reset the tracking with a different speed.
  11    Pressing ESC will stop the program.
  12 */
  13
  14 #include "opencv2/video/tracking.hpp"
  15 #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
  16
  17 int main(int argc, char** argv)
  18 {
  19     const float A[] = { 1, 1, 0, 1 };
  20
  21     IplImage* img = cvCreateImage( cvSize(500,500), 8, 3 );
  22     CvKalman* kalman = cvCreateKalman( 2, 1, 0 );
  23     CvMat* state = cvCreateMat( 2, 1, CV_32FC1 ); /* (phi, delta_phi) */
  24     CvMat* process_noise = cvCreateMat( 2, 1, CV_32FC1 );
  25     CvMat* measurement = cvCreateMat( 1, 1, CV_32FC1 );
  26     CvRNG rng = cvRNG(-1);
  27     char code = -1;
  28
  29     cvZero( measurement );
  30     cvNamedWindow( "Kalman", 1 );
  31
  32     for(;;)
  33     {
  34         cvRandArr( &rng, state, CV_RAND_NORMAL, cvRealScalar(0), cvRealScalar(0.1) );
  35
  36         memcpy( kalman->transition_matrix->data.fl, A, sizeof(A));
  37         cvSetIdentity( kalman->measurement_matrix, cvRealScalar(1) );
  38         cvSetIdentity( kalman->process_noise_cov, cvRealScalar(1e-5) );
  39         cvSetIdentity( kalman->measurement_noise_cov, cvRealScalar(1e-1) );
  40         cvSetIdentity( kalman->error_cov_post, cvRealScalar(1));
  41         cvRandArr( &rng, kalman->state_post, CV_RAND_NORMAL, cvRealScalar(0), cvRealScalar(0.1) );
  42
  43         for(;;)
  44         {
  45             #define calc_point(angle)                                      \
  46                 cvPoint( cvRound(img->width/2 + img->width/3*cos(angle)),  \
  47                          cvRound(img->height/2 - img->width/3*sin(angle)))
  48
  49             float state_angle = state->data.fl[0];
  50             CvPoint state_pt = calc_point(state_angle);
  51
  52             const CvMat* prediction = cvKalmanPredict( kalman, 0 );
  53             float predict_angle = prediction->data.fl[0];
  54             CvPoint predict_pt = calc_point(predict_angle);
  55             float measurement_angle;
  56             CvPoint measurement_pt;
  57
  58             cvRandArr( &rng, measurement, CV_RAND_NORMAL, cvRealScalar(0),
  59                        cvRealScalar(sqrt(kalman->measurement_noise_cov->data.fl[0])) );
  60
  61             /* generate measurement */
  62             cvMatMulAdd( kalman->measurement_matrix, state, measurement, measurement );
  63
  64             measurement_angle = measurement->data.fl[0];
  65             measurement_pt = calc_point(measurement_angle);
  66
  67             /* plot points */
  68             #define draw_cross( center, color, d )                                 \
  69                 cvLine( img, cvPoint( center.x - d, center.y - d ),                \
  70                              cvPoint( center.x + d, center.y + d ), color, 1, CV_AA, 0); \
  71                 cvLine( img, cvPoint( center.x + d, center.y - d ),                \
  72                              cvPoint( center.x - d, center.y + d ), color, 1, CV_AA, 0 )
  73
  74             cvZero( img );
  75             draw_cross( state_pt, CV_RGB(255,255,255), 3 );
  76             draw_cross( measurement_pt, CV_RGB(255,0,0), 3 );
  77             draw_cross( predict_pt, CV_RGB(0,255,0), 3 );
  78             cvLine( img, state_pt, measurement_pt, CV_RGB(255,0,0), 3, CV_AA, 0 );
  79             cvLine( img, state_pt, predict_pt, CV_RGB(255,255,0), 3, CV_AA, 0 );
  80
  81             cvKalmanCorrect( kalman, measurement );
  82
  83             cvRandArr( &rng, process_noise, CV_RAND_NORMAL, cvRealScalar(0),
  84                        cvRealScalar(sqrt(kalman->process_noise_cov->data.fl[0])));
  85             cvMatMulAdd( kalman->transition_matrix, state, process_noise, state );
  86
  87             cvShowImage( "Kalman", img );
  88             code = (char) cvWaitKey( 100 );
  89
  90             if( code > 0 )
  91                 break;
  92         }
  93         if( code == 27 || code == 'q' || code == 'Q' )
  94             break;
  95     }
  96
  97     cvDestroyWindow("Kalman");
  98
  99     return 0;
 100 }
 101
 102 #ifdef _EiC
 103 main(1, "kalman.c");
 104 #endif