Gavin
2021-02-04 4e5aaefc7162b700b95c750caeff35e6323631d3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
import pandas as pd
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import scipy.linalg as linalg
import cv2
 
# 计算旋转矩阵
def rotate_mat(axis, radian):
        return linalg.expm(np.cross(np.eye(3), axis / linalg.norm(axis) * radian))
 
# 拟合平面
def fit_plane(dataArray):
    a00 = np.sum(dataArray[:,0] ** 2)
    a01 = np.sum(dataArray[:,0] * dataArray[:,1])
    a02 = np.sum(dataArray[:,0])
    a10 = np.sum(dataArray[:,0] * dataArray[:,1])
    a11 = np.sum(dataArray[:,1] ** 2)
    a12 = np.sum(dataArray[:,1])
    a20 = np.sum(dataArray[:,0])
    a21 = np.sum(dataArray[:,1])
    a22 = dataArray.shape[0]
    b0 = np.sum(dataArray[:,0] * dataArray[:,2])
    b1 = np.sum(dataArray[:,1] * dataArray[:,2])
    b2 = np.sum(dataArray[:,2])
    matrix = np.matrix([[a00,a01,a02],[a10,a11,a12],[a20,a21,a22]])
    matrixI = np.linalg.inv(matrix)
    x = matrixI.dot(np.array([[b0],[b1],[b2]]))
    return x
 
# 计算距离矩阵
def euclidean_distances(A, B):
    BT = B.transpose()
    vecProd = A * BT
    SqA =  A.getA()**2
    sumSqA = np.matrix(np.sum(SqA, axis=1))
    sumSqAEx = np.tile(sumSqA.transpose(), (1, vecProd.shape[1]))    
    SqB = B.getA()**2
    sumSqB = np.sum(SqB, axis=1)
    sumSqBEx = np.tile(sumSqB, (vecProd.shape[0], 1))    
    SqED = sumSqBEx + sumSqAEx - 2*vecProd   
    ED = (SqED.getA())**0.5
    return np.matrix(ED)
 
plt.figure()
 
data = pd.read_csv('Level1Plane.csv')
data = data[(data['0'] < 15000) | (data['0'] > 55000) | (data['2'] < 800)]
data = data[data['2'] < 4000] # 高出4000的部分不认为是产品
data = data[(data['1'] > 40000) & (data['1'] < 150000) ] # y两端不认为是产品
data = data / 1000
 
plt.subplot(3,2,1)
plt.scatter(data['0'],data['2'])
plt.subplot(3,2,2)
plt.scatter(data['1'],data['2'])
 
dataPlane = data[(data['0'] > 20) & (data['0'] < 50) & (data['1'] > 20) & (data['1'] < 120)]
dataPlaneArray = np.array(dataPlane);
 
#plt.subplot(2,2,2)
#plt.scatter(dataPlaneArray[:,0],dataPlaneArray[:,2])
 
x = fit_plane(dataPlaneArray)
#print(x)
 
phi0 = np.arctan(x[0])
phi1 = np.arctan(x[1])
rotate_mat0 = rotate_mat([0,1,0],1*phi0[0,0])
rotate_mat1 = rotate_mat([1,0,0],-1*phi1[0,0])
retate_mat = rotate_mat1.dot(rotate_mat0)
 
dataPlaneArrayRotate = retate_mat.dot(dataPlaneArray[:,0:3:1].transpose()).transpose()
 
mean_x = np.mean(dataPlaneArrayRotate[:,0])
mean_y = (np.max(dataPlaneArrayRotate[:,1]) + np.min(dataPlaneArrayRotate[:,1]))/2
mean_z = np.mean(dataPlaneArrayRotate[:,2])
 
#print(mean_x)
#print(mean_y)
#print(mean_z)
 
x = fit_plane(dataPlaneArrayRotate)
#print(x)
 
dataArray = np.array(data)
dataArrayRotate = retate_mat.dot(dataArray[:,0:3:1].transpose()).transpose()
 
#plt.subplot(3,2,3)
#plt.scatter(dataArrayRotate[:,0],dataArrayRotate[:,2])
#plt.subplot(3,2,4)
#plt.scatter(dataArrayRotate[:,1],dataArrayRotate[:,2])
 
translate_mat = np.matrix([[1,0,0,-mean_x],[0,1,0,-mean_y],[0,0,1,-mean_z],[0,0,0,1]])
dataArrayTranslate = translate_mat.dot(np.c_[dataArrayRotate,np.ones(dataArrayRotate.shape[0])].transpose()).transpose().getA()
 
#plt.subplot(3,2,5)
#plt.scatter(dataArrayTranslate[:,0],dataArrayTranslate[:,2])
#plt.subplot(3,2,6)
#plt.scatter(dataArrayTranslate[:,1],dataArrayTranslate[:,2])
 
standard = pd.read_csv('StandardPlane.csv')
 
#plt.subplot(3,2,3)
#plt.scatter(standard['0'],standard['2'])
#plt.subplot(3,2,4)
#plt.scatter(standard['1'],standard['2'])
 
standardPlane = standard[(standard['0'] > 260) & (standard['0'] < 290)]
standardPlaneArray = np.array(standardPlane)
standardArray = np.array(standard)
 
standard_x = np.mean(standardPlaneArray[:,0])
standard_y = (np.max(standardPlaneArray[:,1]) + np.min(standardPlaneArray[:,1]))/2
standard_z = np.mean(standardPlaneArray[:,2])
 
#print(standard_x)
#print(standard_y)
#print(standard_z)
 
translate_standard_mat = np.matrix([[1,0,0,-standard_x],[0,1,0,-standard_y],[0,0,1,-standard_z],[0,0,0,1]])
standardArrayTranslate = translate_standard_mat.dot(np.c_[standardArray,np.ones(standardArray.shape[0])].transpose()).transpose().getA()
 
#plt.subplot(3,2,3)
#plt.scatter(standardArrayTranslate[:,0],standardArrayTranslate[:,2])
#plt.subplot(3,2,4)
#plt.scatter(standardArrayTranslate[:,1],standardArrayTranslate[:,2])
 
sampleDataFrame = pd.DataFrame(dataArrayTranslate).sample(n = 10000)
sample = np.array(sampleDataFrame)
dataMartix = np.matrix(sample[:,0:3:1]) * np.matrix([[1,0,0],[0,0,0],[0,0,1]])
standardMartix = np.matrix(standardArrayTranslate[0:12000:1,0:3:1]) * np.matrix([[1,0,0],[0,0,0],[0,0,1]])
 
distanceMatrix = euclidean_distances(dataMartix,standardMartix)
 
seedStartP = 0.2
seedStartN = -0.2
 
dataMartixP = dataMartix
dataMartixN = dataMartix
 
 
seedP = seedStartP
seedN = seedStartN
for index in range(0,8,1):
    
    dataMartixP = np.c_[dataMartix[:,0:2:1], dataMartix[:,2] + seedP]
    distanceMatrix = euclidean_distances(dataMartixP,standardMartix)
    sumP = distanceMatrix.min(1).getA().sum()
 
    dataMartixN = np.c_[dataMartix[:,0:2:1], dataMartix[:,2] + seedN]
    distanceMatrix = euclidean_distances(dataMartixN,standardMartix)
    sumN = distanceMatrix.min(1).getA().sum()
 
    print("sumP:")
    print(sumP)
    print("sumN:")
    print(sumN)
    print("========================================================")
    if(sumP < sumN):
        seedN = (seedP + seedN) / 2
    else:
        seedP = (seedP + seedN) / 2
 
transZ =  (seedP + seedN) / 2
 
print("+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++")
 
 
seedP = -2
seedN = 2
 
for index in range(0,8,1):
    
    dataMartixP = np.c_[dataMartix[:,0] + seedP,dataMartix[:,1:3:1]]
    distanceMatrix = euclidean_distances(dataMartixP,standardMartix)
    sumP = distanceMatrix.min(1).getA().sum()
 
    dataMartixN = np.c_[dataMartix[:,0] + seedN,dataMartix[:,1:3:1]]
    distanceMatrix = euclidean_distances(dataMartixN,standardMartix)
    sumN = distanceMatrix.min(1).getA().sum()
 
    print("sumP:")
    print(sumP)
    print("sumN:")
    print(sumN)
    print("========================================================")
    if(sumP < sumN):
        seedN = (seedP + seedN) / 2
    else:
        seedP = (seedP + seedN) / 2
 
transX =  (seedP + seedN) / 2
 
dataArrayTranslate1 = np.c_[dataArrayTranslate[:,0] + transX,dataArrayTranslate[:,1:3:1]]
dataArrayTranslate2 = np.c_[dataArrayTranslate1[:,0:2:1], dataArrayTranslate1[:,2] + transZ]
 
distance = np.zeros([15,10000])
 
for index in range(0,15,1):
    start = index * 10000
    end = index * 10000 + 10000
    distanceMatrix = euclidean_distances(np.matrix(dataArrayTranslate2[start:end:1,:]),standardMartix)
    distanceTemp = distanceMatrix.min(1).getA() ** 0.5
    distance[index] = distanceTemp[:,0]
 
result = np.c_[dataArrayTranslate2[0:150000:1,:],distance.reshape(-1,1)] 
 
pd.DataFrame(result).to_csv('PlaneResult.csv',index = False)
 
 
#plt.show()