samples/cpp/kalman.cpp

   1 #include "opencv2/video/tracking.hpp"
   2 #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
   3
   4 #include <stdio.h>
   5
   6 using namespace cv;
   7
   8 static inline Point calcPoint(Point2f center, double R, double angle)
   9 {
  10     return center + Point2f((float)cos(angle), (float)-sin(angle))*(float)R;
  11 }
  12
  13 static void help()
  14 {
  15     printf( "\nExample of c calls to OpenCV's Kalman filter.\n"
  16 "   Tracking of rotating point.\n"
  17 "   Rotation speed is constant.\n"
  18 "   Both state and measurements vectors are 1D (a point angle),\n"
  19 "   Measurement is the real point angle + gaussian noise.\n"
  20 "   The real and the estimated points are connected with yellow line segment,\n"
  21 "   the real and the measured points are connected with red line segment.\n"
  22 "   (if Kalman filter works correctly,\n"
  23 "    the yellow segment should be shorter than the red one).\n"
  24             "\n"
  25 "   Pressing any key (except ESC) will reset the tracking with a different speed.\n"
  26 "   Pressing ESC will stop the program.\n"
  27             );
  28 }
  29
  30 int main(int, char**)
  31 {
  32     help();
  33     Mat img(500, 500, CV_8UC3);
  34     KalmanFilter KF(2, 1, 0);
  35     Mat state(2, 1, CV_32F); /* (phi, delta_phi) */
  36     Mat processNoise(2, 1, CV_32F);
  37     Mat measurement = Mat::zeros(1, 1, CV_32F);
  38     char code = (char)-1;
  39
  40     for(;;)
  41     {
  42         randn( state, Scalar::all(0), Scalar::all(0.1) );
  43         KF.transitionMatrix = (Mat_<float>(2, 2) << 1, 1, 0, 1);
  44
  45         setIdentity(KF.measurementMatrix);
  46         setIdentity(KF.processNoiseCov, Scalar::all(1e-5));
  47         setIdentity(KF.measurementNoiseCov, Scalar::all(1e-1));
  48         setIdentity(KF.errorCovPost, Scalar::all(1));
  49
  50         randn(KF.statePost, Scalar::all(0), Scalar::all(0.1));
  51
  52         for(;;)
  53         {
  54             Point2f center(img.cols*0.5f, img.rows*0.5f);
  55             float R = img.cols/3.f;
  56             double stateAngle = state.at<float>(0);
  57             Point statePt = calcPoint(center, R, stateAngle);
  58
  59             Mat prediction = KF.predict();
  60             double predictAngle = prediction.at<float>(0);
  61             Point predictPt = calcPoint(center, R, predictAngle);
  62
  63             randn( measurement, Scalar::all(0), Scalar::all(KF.measurementNoiseCov.at<float>(0)));
  64
  65             // generate measurement
  66             measurement += KF.measurementMatrix*state;
  67
  68             double measAngle = measurement.at<float>(0);
  69             Point measPt = calcPoint(center, R, measAngle);
  70
  71             // plot points
  72             #define drawCross( center, color, d )                                        \
  73                 line( img, Point( center.x - d, center.y - d ),                          \
  74                              Point( center.x + d, center.y + d ), color, 1, LINE_AA, 0); \
  75                 line( img, Point( center.x + d, center.y - d ),                          \
  76                              Point( center.x - d, center.y + d ), color, 1, LINE_AA, 0 )
  77
  78             img = Scalar::all(0);
  79             drawCross( statePt, Scalar(255,255,255), 3 );
  80             drawCross( measPt, Scalar(0,0,255), 3 );
  81             drawCross( predictPt, Scalar(0,255,0), 3 );
  82             line( img, statePt, measPt, Scalar(0,0,255), 3, LINE_AA, 0 );
  83             line( img, statePt, predictPt, Scalar(0,255,255), 3, LINE_AA, 0 );
  84
  85             if(theRNG().uniform(0,4) != 0)
  86                 KF.correct(measurement);
  87
  88             randn( processNoise, Scalar(0), Scalar::all(sqrt(KF.processNoiseCov.at<float>(0, 0))));
  89             state = KF.transitionMatrix*state + processNoise;
  90
  91             imshow( "Kalman", img );
  92             code = (char)waitKey(100);
  93
  94             if( code > 0 )
  95                 break;
  96         }
  97         if( code == 27 || code == 'q' || code == 'Q' )
  98             break;
  99     }
 100
 101     return 0;
 102 }