Erweiterte Funktionen und Tracking

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Dieses Kapitel beschreibt ausführlich die automatischen Tracking-Funktionen des Systems, einschließlich Farb-, Gesichts- und QR-Code-Tracking sowie Zielverriegelung und Parameterabstimmung.

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Übersicht der automatischen Tracking-Modi

Das System unterstützt drei automatische Tracking-Modi:

1. Farb-Tracking: Verfolgen von Objekten einer bestimmten Farbe
2. Gesichts-Tracking: Verfolgen von Gesichtern
3. QR-Code-Tracking: Verfolgen von QR-Codes

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Farb-Tracking

Farbauswahl

Das System unterstützt das Tracking mehrerer Farben:

• Rot
• Grün
• Blau Im Programm können Sie die Farbe per Tastendruck wechseln:
• X: Rot auswählen
• Y: Grün auswählen
• Z: Blau auswählen

Ablauf des Farb-Trackings

1. C drücken, um das Gimbal zu verbinden
2. 2 drücken, um in den Farb-Tracking-Modus zu wechseln
3. Das Objekt in der Zielfarbe in die Bildmitte bringen
4. T drücken, um das Ziel zu verriegeln
5. Das Ziel bewegen und beobachten, wie das Gimbal folgt

Einfaches Beispiel zum Farb-Tracking

Sie können auch das einfache Beispielprogramm zum Farb-Tracking verwenden:

python examples/04_color_track_simple.py --camera 0 --port COM3 --color red

Dieses Programm bietet die einfachste Farb-Tracking-Funktion und eignet sich zum Lernen.

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Gesichts-Tracking

Funktionsprinzip des Gesichts-Trackings

Das System verwendet den Haar-Kaskadenklassifikator von OpenCV zur Gesichtserkennung. Nach der Erkennung eines Gesichts berechnet das System automatisch die Zielposition und steuert das Gimbal entsprechend.

Ablauf des Gesichts-Trackings

1. C drücken, um das Gimbal zu verbinden
2. 1 drücken, um in den Gesichts-Tracking-Modus zu wechseln
3. Das Gesicht in die Bildmitte bringen
4. T drücken, um das Ziel zu verriegeln
5. Das Gesicht bewegen; das Gimbal folgt automatisch

Empfehlungen für eine höhere Erfolgsquote bei der Gesichtserkennung

• Für ausreichende Beleuchtung sorgen, Gegenlicht vermeiden
• Das Gesicht frontal zur Kamera ausrichten
• Angemessenen Abstand einhalten (empfohlen 1-3 Meter)
• Szenen mit mehreren Gesichtern vermeiden oder das Tracking-Ziel mit der Zielverriegelung fixieren

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QR-Code-Tracking

Der QR-Code-Tracking-Modus nutzt den QRCodeDetector von OpenCV zur Erkennung und Lokalisierung von QR-Codes. Die Verwendung ist ähnlich wie bei den beiden vorherigen Tracking-Modi:

1. Gimbal verbinden und in den QR-Code-Tracking-Modus wechseln
2. QR-Code in die Bildmitte bringen und T drücken, um zu verriegeln
3. QR-Code bewegen und beobachten, wie das Gimbal folgt

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Zielverriegelung

Zweck der Verriegelung

Die Zielverriegelung ist eine Schlüsselfunktion des Systems. Sie dient dazu:

• Die Mittelposition und die Größe des Ziels zum Zeitpunkt der Verriegelung zu speichern
• Bei mehreren Zielen das Ziel zu bevorzugen, das dem Verriegelungspunkt am nächsten liegt
• Häufiges Springen zwischen Zielen zu verhindern und die Stabilität des Trackings zu gewährleisten

Ablauf der Verriegelung

1. Das Zielobjekt in die Bildmitte bringen
2. T drücken, um zu verriegeln
3. Nach erfolgreicher Verriegelung bevorzugt das System Ziele, die dem zum Zeitpunkt der Verriegelung gespeicherten Ziel am ähnlichsten sind
4. S drücken, um die Verriegelung aufzuheben und das Tracking zu stoppen

Auswahllogik bei der Verriegelung

Bei der Zielauswahl nach der Verriegelung berücksichtigt das System zwei Faktoren:

• Abstand: Entfernung des Zielmittelpunkts vom Verriegelungspunkt (Gewichtung 70 %)
• Größe: Ähnlichkeit der Zielgröße mit der Größe zum Zeitpunkt der Verriegelung (Gewichtung 30 %)
• Das System verfolgt das Ziel mit der höchsten Gesamtbewertung

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Abstimmung der Tracking-Parameter

In src/trackers/tracking_controller.py stehen folgende Parameter zur Anpassung zur Verfügung:

Parameter	Standardwert	Beschreibung
kp_pan	0.08	Proportionalverstärkung für das Links-/Rechts-Tracking
kp_tilt	0.12	Proportionalverstärkung für das Auf-/Ab-Tracking
dead_zone	30	Totzone (Pixel); innerhalb dieser Zone bewegt sich das Gimbal nicht
min_move_interval	0.15	Minimales Bewegungsintervall (Sekunden); begrenzt die Bewegungsfrequenz des Gimbals

Vorgehensweise bei der Parameteranpassung

• Tracking zu langsam: kp_pan und kp_tilt erhöhen
• Tracking zu empfindlich und dadurch zittrig: kp_pan und kp_tilt verringern, min_move_interval erhöhen oder dead_zone erhöhen
• Häufige Feinanpassungen führen zu Zittern: dead_zone erhöhen
• Richtung vertauscht: Das Vorzeichen von delta_pan oder delta_tilt in der Methode calculate_move ändern

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Vollständiges Anwendungsbeispiel für das Tracking

Das folgende Beispiel zeigt einen vollständigen Nutzungsablauf:

1. Programm starten:

python examples/auto_tracking_demo.py --camera 0 --port COM3 --color red

1. C drücken, um das Gimbal zu verbinden
2. 2 drücken, um den Farb-Tracking-Modus zu wählen
3. Das rote Objekt in die Bildmitte bringen
4. T drücken, um das Ziel zu verriegeln
5. Das Objekt bewegen und beobachten, wie das Gimbal folgt
6. Für Grün: Y drücken und anschließend erneut T drücken, um das Ziel zu verriegeln
7. S drücken, um das Tracking zu stoppen; R drücken, um in die Mittelstellung zurückzukehren
8. Q drücken, um das Programm zu beenden

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Hinweise für die Weiterentwicklung

Für eigene Funktionen oder eine Weiterentwicklung können Sie sich an folgenden Dateien orientieren:

• src/sc_servo.py: Servo-Kommunikation (Low-Level)
• src/gimbal.py: Gimbal-Steuerung
• src/trackers/tracking_controller.py: Tracking-Controller
• src/detectors/: Verschiedene Zieldetektoren