nyarsquaredetector.java

java 版的 ARToolkit

/* 
 * PROJECT: NyARToolkit
 * --------------------------------------------------------------------------------
 * This work is based on the original ARToolKit developed by
 *   Hirokazu Kato
 *   Mark Billinghurst
 *   HITLab, University of Washington, Seattle
 * http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
 *
 * The NyARToolkit is Java version ARToolkit class library.
 * Copyright (C)2008 R.Iizuka
 *
 * This program is free software; you can redistribute it and/or
 * modify it under the terms of the GNU General Public License
 * as published by the Free Software Foundation; either version 2
 * of the License, or (at your option) any later version.
 * 
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 * GNU General Public License for more details.
 * 
 * You should have received a copy of the GNU General Public License
 * along with this framework; if not, write to the Free Software
 * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
 * 
 * For further information please contact.
 *	http://nyatla.jp/nyatoolkit/
 *	<airmail(at)ebony.plala.or.jp>
 * 
 */
package jp.nyatla.nyartoolkit.core;
import jp.nyatla.nyartoolkit.NyARException;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.labeling.*;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.raster.*;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.types.*;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.param.*;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.pca2d.NyARPca2d_MatrixPCA_O2;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.types.matrix.*;
import jp.nyatla.nyartoolkit.core.pca2d.*;




/**
 * イメージから正方形候補を検出するクラス。
 * このクラスは、arDetectMarker2.cとの置き換えになります。
 * 
 */
public class NyARSquareDetector implements INyARSquareDetector
{
	private static final double VERTEX_FACTOR = 1.0;// 線検出のファクタ
	private static final int AR_AREA_MAX = 100000;// #define AR_AREA_MAX 100000
	private static final int AR_AREA_MIN = 70;// #define AR_AREA_MIN 70
	private final int _width;
	private final int _height;

	private final NyARLabeling_ARToolKit _labeling;

	private final NyARLabelingImage _limage;

	private final OverlapChecker _overlap_checker = new OverlapChecker();
	private final NyARObserv2IdealMap _dist_factor;
	
	private final double[] _xpos;
	private final double[] _ypos;

	/**
	 * 最大i_squre_max個のマーカーを検出するクラスを作成する。
	 * 
	 * @param i_param
	 */
	public NyARSquareDetector(NyARCameraDistortionFactor i_dist_factor_ref,NyARIntSize i_size) throws NyARException
	{
		this._width = i_size.w;
		this._height = i_size.h;
		//歪み計算テーブルを作ると、8*width/height*2の領域を消費します。
		//領域を取りたくない場合は、i_dist_factor_refの値をそのまま使ってください。
		this._dist_factor = new NyARObserv2IdealMap(i_dist_factor_ref,i_size);
		this._labeling = new NyARLabeling_ARToolKit();
		this._limage = new NyARLabelingImage(this._width, this._height);
		this._labeling.attachDestination(this._limage);

		// 輪郭の最大長は画面に映りうる最大の長方形サイズ。
		int number_of_coord = (this._width + this._height) * 2;

		// 輪郭バッファは頂点変換をするので、輪郭バッファの２倍取る。
		this._max_coord = number_of_coord;
		this._xcoord = new int[number_of_coord * 2];
		this._ycoord = new int[number_of_coord * 2];
		this._pca=new NyARPca2d_MatrixPCA_O2();
		this._xpos=new double[this._width+this._height];//最大辺長はthis._width+this._height
		this._ypos=new double[this._width+this._height];//最大辺長はthis._width+this._height
		return;
	}

	private final int _max_coord;
	private final int[] _xcoord;
	private final int[] _ycoord;

	private void normalizeCoord(int[] i_coord_x, int[] i_coord_y, int i_index, int i_coord_num)
	{
		// vertex1を境界にして、後方に配列を連結
		System.arraycopy(i_coord_x, 1, i_coord_x, i_coord_num, i_index);
		System.arraycopy(i_coord_y, 1, i_coord_y, i_coord_num, i_index);
	}

	private final int[] __detectMarker_mkvertex = new int[5];

	/**
	 * arDetectMarker2を基にした関数
	 * この関数はNyARSquare要素のうち、directionを除くパラメータを取得して返します。
	 * directionの確定は行いません。
	 * @param i_raster
	 * 解析する２値ラスタイメージを指定します。
	 * @param o_square_stack
	 * 抽出した正方形候補を格納するリスト
	 * @throws NyARException
	 */
	public final void detectMarker(NyARBinRaster i_raster, NyARSquareStack o_square_stack) throws NyARException
	{
		final NyARLabelingImage limage = this._limage;

		// 初期化

		// マーカーホルダをリセット
		o_square_stack.clear();

		// ラベリング
		this._labeling.labeling(i_raster);

		// ラベル数が0ならここまで
		final int label_num = limage.getLabelStack().getLength();
		if (label_num < 1) {
			return;
		}

		final NyARLabelingLabelStack stack = limage.getLabelStack();
		final NyARLabelingLabel[] labels = (NyARLabelingLabel[])stack.getArray();
		
		
		// ラベルを大きい順に整列
		stack.sortByArea();

		// デカいラベルを読み飛ばし
		int i;
		for (i = 0; i < label_num; i++) {
			// 検査対象内のラベルサイズになるまで無視
			if (labels[i].area <= AR_AREA_MAX) {
				break;
			}
		}

		final int xsize = this._width;
		final int ysize = this._height;
		final int[] xcoord = this._xcoord;
		final int[] ycoord = this._ycoord;
		final int coord_max = this._max_coord;
		final int[] mkvertex = this.__detectMarker_mkvertex;
		final OverlapChecker overlap = this._overlap_checker;
		int coord_num;
		int label_area;
		NyARLabelingLabel label_pt;

		//重なりチェッカの最大数を設定
		overlap.reset(label_num);

		for (; i < label_num; i++) {
			label_pt = labels[i];
			label_area = label_pt.area;
			// 検査対象サイズよりも小さくなったら終了
			if (label_area < AR_AREA_MIN) {
				break;
			}
			// クリップ領域が画面の枠に接していれば除外
			if (label_pt.clip_l == 1 || label_pt.clip_r == xsize - 2) {// if(wclip[i*4+0] == 1 || wclip[i*4+1] ==xsize-2){
				continue;
			}
			if (label_pt.clip_t == 1 || label_pt.clip_b == ysize - 2) {// if( wclip[i*4+2] == 1 || wclip[i*4+3] ==ysize-2){
				continue;
			}
			// 既に検出された矩形との重なりを確認
			if (!overlap.check(label_pt)) {
				// 重なっているようだ。
				continue;
			}

			// 輪郭を取得
			coord_num = limage.getContour(i, coord_max, xcoord, ycoord);
			if (coord_num == coord_max) {
				// 輪郭が大きすぎる。
				continue;
			}
			//頂点候補のインデクスを取得
			final int vertex1 = scanVertex(xcoord, ycoord, coord_num);

			// 頂点候補(vertex1)を先頭に並べなおした配列を作成する。
			normalizeCoord(xcoord, ycoord, vertex1, coord_num);

			// 領域を準備する。
			NyARSquare square_ptr = (NyARSquare)o_square_stack.prePush();

			// 頂点情報を取得
			if (!getSquareVertex(xcoord, ycoord, vertex1, coord_num, label_area, mkvertex)) {
				o_square_stack.pop();// 頂点の取得が出来なかったので破棄
				continue;
			}
			// マーカーを検出
			if (!getSquareLine(mkvertex, xcoord, ycoord, square_ptr)) {
				// 矩形が成立しなかった。
				o_square_stack.pop();
				continue;
			}
			// 検出済の矩形の属したラベルを重なりチェックに追加する。
			overlap.push(label_pt);
		}	
		return;
	}

	/**
	 * 辺からの対角線が最長になる点を対角線候補として返す。
	 * 
	 * @param i_xcoord
	 * @param i_ycoord
	 * @param i_coord_num
	 * @return
	 */
	private int scanVertex(int[] i_xcoord, int[] i_ycoord, int i_coord_num)
	{
		final int sx = i_xcoord[0];