From e97865166d43bcc739a2259c04cee263b78b78b9 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sam Freund Date: Mon, 17 Feb 2025 00:04:25 -0600 Subject: [PATCH 1/5] [build] Bump WPILib to 2025.3.1 (#1785) --- build.gradle | 4 ++-- .../advanced-installation/sw_install/windows-pc.md | 2 +- photon-lib/py/setup.py | 10 +++++----- photonlib-cpp-examples/aimandrange/build.gradle | 6 +++--- photonlib-cpp-examples/aimattarget/build.gradle | 6 +++--- photonlib-cpp-examples/poseest/build.gradle | 6 +++--- photonlib-java-examples/aimandrange/build.gradle | 6 +++--- photonlib-java-examples/aimattarget/build.gradle | 6 +++--- photonlib-java-examples/poseest/build.gradle | 6 +++--- photonlib-python-examples/aimandrange/pyproject.toml | 2 +- photonlib-python-examples/aimattarget/pyproject.toml | 2 +- photonlib-python-examples/poseest/pyproject.toml | 2 +- 12 files changed, 29 insertions(+), 29 deletions(-) diff --git a/build.gradle b/build.gradle index 6175e19b0f..72ccf2c438 100644 --- a/build.gradle +++ b/build.gradle @@ -4,7 +4,7 @@ plugins { id "cpp" id "com.diffplug.spotless" version "6.24.0" id "edu.wpi.first.wpilib.repositories.WPILibRepositoriesPlugin" version "2020.2" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" id 'edu.wpi.first.WpilibTools' version '1.3.0' id 'com.google.protobuf' version '0.9.3' apply false id 'edu.wpi.first.GradleJni' version '1.1.0' @@ -33,7 +33,7 @@ ext.allOutputsFolder = file("$project.buildDir/outputs") apply from: "versioningHelper.gradle" ext { - wpilibVersion = "2025.2.1" + wpilibVersion = "2025.3.1" wpimathVersion = wpilibVersion openCVYear = "2025" openCVversion = "4.10.0-3" diff --git a/docs/source/docs/advanced-installation/sw_install/windows-pc.md b/docs/source/docs/advanced-installation/sw_install/windows-pc.md index 33f2ec808d..653297fd65 100644 --- a/docs/source/docs/advanced-installation/sw_install/windows-pc.md +++ b/docs/source/docs/advanced-installation/sw_install/windows-pc.md @@ -12,7 +12,7 @@ Bonjour provides more stable networking when using Windows PCs. Install [Bonjour ## Installing Java -PhotonVision requires a JDK installed and on the system path. **JDK 17 is needed. Windows Users must use the JDK that ships with WPILib.** [Download and install it from here.](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/releases/tag/v2025.2.1) Either ensure the only Java on your PATH is the WPILIB Java or specify it to gradle with `-Dorg.gradle.java.home=C:\Users\Public\wpilib\2025\jdk`: +PhotonVision requires a JDK installed and on the system path. **JDK 17 is needed. Windows Users must use the JDK that ships with WPILib.** [Download and install it from here.](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/releases/tag/v2025.3.1) Either ensure the only Java on your PATH is the WPILIB Java or specify it to gradle with `-Dorg.gradle.java.home=C:\Users\Public\wpilib\2025\jdk`: ``` > ./gradlew run "-Dorg.gradle.java.home=C:\Users\Public\wpilib\2025\jdk" diff --git a/photon-lib/py/setup.py b/photon-lib/py/setup.py index abd8865a89..2eca4f9d02 100644 --- a/photon-lib/py/setup.py +++ b/photon-lib/py/setup.py @@ -59,11 +59,11 @@ version=versionString, install_requires=[ "numpy~=2.1", - "wpilib<2026,>=2025.2.1", - "robotpy-wpimath<2026,>=2025.2.1", - "robotpy-apriltag<2026,>=2025.2.1", - "robotpy-cscore<2026,>=2025.2.1", - "pyntcore<2026,>=2025.2.1", + "wpilib<2026,>=2025.3.1", + "robotpy-wpimath<2026,>=2025.3.1", + "robotpy-apriltag<2026,>=2025.3.1", + "robotpy-cscore<2026,>=2025.3.1", + "pyntcore<2026,>=2025.3.1", "opencv-python;platform_machine!='roborio'", ], description=descriptionStr, diff --git a/photonlib-cpp-examples/aimandrange/build.gradle b/photonlib-cpp-examples/aimandrange/build.gradle index 4e962e6e5f..2d37126eaa 100644 --- a/photonlib-cpp-examples/aimandrange/build.gradle +++ b/photonlib-cpp-examples/aimandrange/build.gradle @@ -1,7 +1,7 @@ plugins { id "cpp" id "google-test-test-suite" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } repositories { @@ -11,8 +11,8 @@ repositories { wpi.maven.useLocal = false wpi.maven.useDevelopment = false -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) // This is added by GradleRIO's backing project DeployUtils. diff --git a/photonlib-cpp-examples/aimattarget/build.gradle b/photonlib-cpp-examples/aimattarget/build.gradle index 4e962e6e5f..2d37126eaa 100644 --- a/photonlib-cpp-examples/aimattarget/build.gradle +++ b/photonlib-cpp-examples/aimattarget/build.gradle @@ -1,7 +1,7 @@ plugins { id "cpp" id "google-test-test-suite" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } repositories { @@ -11,8 +11,8 @@ repositories { wpi.maven.useLocal = false wpi.maven.useDevelopment = false -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) // This is added by GradleRIO's backing project DeployUtils. diff --git a/photonlib-cpp-examples/poseest/build.gradle b/photonlib-cpp-examples/poseest/build.gradle index 4e962e6e5f..2d37126eaa 100644 --- a/photonlib-cpp-examples/poseest/build.gradle +++ b/photonlib-cpp-examples/poseest/build.gradle @@ -1,7 +1,7 @@ plugins { id "cpp" id "google-test-test-suite" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } repositories { @@ -11,8 +11,8 @@ repositories { wpi.maven.useLocal = false wpi.maven.useDevelopment = false -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) // This is added by GradleRIO's backing project DeployUtils. diff --git a/photonlib-java-examples/aimandrange/build.gradle b/photonlib-java-examples/aimandrange/build.gradle index 07bdaa1adb..7d59212292 100644 --- a/photonlib-java-examples/aimandrange/build.gradle +++ b/photonlib-java-examples/aimandrange/build.gradle @@ -1,6 +1,6 @@ plugins { id "java" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 @@ -13,8 +13,8 @@ repositories { } wpi.maven.useDevelopment = true -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) diff --git a/photonlib-java-examples/aimattarget/build.gradle b/photonlib-java-examples/aimattarget/build.gradle index 327080ddb5..cf526cea78 100644 --- a/photonlib-java-examples/aimattarget/build.gradle +++ b/photonlib-java-examples/aimattarget/build.gradle @@ -1,6 +1,6 @@ plugins { id "java" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 @@ -9,8 +9,8 @@ targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 def ROBOT_MAIN_CLASS = "frc.robot.Main" wpi.maven.useDevelopment = true -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) diff --git a/photonlib-java-examples/poseest/build.gradle b/photonlib-java-examples/poseest/build.gradle index 8588cb44f6..525be00be9 100644 --- a/photonlib-java-examples/poseest/build.gradle +++ b/photonlib-java-examples/poseest/build.gradle @@ -1,6 +1,6 @@ plugins { id "java" - id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.2.1" + id "edu.wpi.first.GradleRIO" version "2025.3.1" } sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 @@ -9,8 +9,8 @@ targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 def ROBOT_MAIN_CLASS = "frc.robot.Main" wpi.maven.useDevelopment = true -wpi.versions.wpilibVersion = "2025.2.1" -wpi.versions.wpimathVersion = "2025.2.1" +wpi.versions.wpilibVersion = "2025.3.1" +wpi.versions.wpimathVersion = "2025.3.1" // Define my targets (RoboRIO) and artifacts (deployable files) diff --git a/photonlib-python-examples/aimandrange/pyproject.toml b/photonlib-python-examples/aimandrange/pyproject.toml index 82e9332bfc..4b5a0262ac 100644 --- a/photonlib-python-examples/aimandrange/pyproject.toml +++ b/photonlib-python-examples/aimandrange/pyproject.toml @@ -6,7 +6,7 @@ [tool.robotpy] # Version of robotpy this project depends on -robotpy_version = "2025.2.1" +robotpy_version = "2025.3.1" # Which extra RobotPy components should be installed # -> equivalent to `pip install robotpy[extra1, ...] diff --git a/photonlib-python-examples/aimattarget/pyproject.toml b/photonlib-python-examples/aimattarget/pyproject.toml index 82e9332bfc..4b5a0262ac 100644 --- a/photonlib-python-examples/aimattarget/pyproject.toml +++ b/photonlib-python-examples/aimattarget/pyproject.toml @@ -6,7 +6,7 @@ [tool.robotpy] # Version of robotpy this project depends on -robotpy_version = "2025.2.1" +robotpy_version = "2025.3.1" # Which extra RobotPy components should be installed # -> equivalent to `pip install robotpy[extra1, ...] diff --git a/photonlib-python-examples/poseest/pyproject.toml b/photonlib-python-examples/poseest/pyproject.toml index 82e9332bfc..4b5a0262ac 100644 --- a/photonlib-python-examples/poseest/pyproject.toml +++ b/photonlib-python-examples/poseest/pyproject.toml @@ -6,7 +6,7 @@ [tool.robotpy] # Version of robotpy this project depends on -robotpy_version = "2025.2.1" +robotpy_version = "2025.3.1" # Which extra RobotPy components should be installed # -> equivalent to `pip install robotpy[extra1, ...] From 75c289f526eb4e199d39ef8deba0ccab63b01f2d Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: "Cameron (3539)" Date: Mon, 17 Feb 2025 18:58:16 -0500 Subject: [PATCH 2/5] Stop unknown coprocessor stats / no output from shell commands. (#1786) Join the threads and wait for them to finish reading the input/error streams before returning. --- .../main/java/org/photonvision/common/util/ShellExec.java | 5 +++-- 1 file changed, 3 insertions(+), 2 deletions(-) diff --git a/photon-core/src/main/java/org/photonvision/common/util/ShellExec.java b/photon-core/src/main/java/org/photonvision/common/util/ShellExec.java index 06ea32f146..59c3329cc1 100644 --- a/photon-core/src/main/java/org/photonvision/common/util/ShellExec.java +++ b/photon-core/src/main/java/org/photonvision/common/util/ShellExec.java @@ -145,8 +145,9 @@ private int doProcess(boolean wait, Process process) { exitCode = 0; if (wait) { try { - process.waitFor(); - exitCode = process.exitValue(); + exitCode = process.waitFor(); + errorGobbler.join(); + outputGobbler.join(); } catch (InterruptedException ignored) { } } From 533f8c97fd173abcc219570239d78951424c8cc5 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Matt Morley Date: Tue, 18 Feb 2025 22:15:27 -0800 Subject: [PATCH 3/5] Add constrained solvePNP strategy (#1682) Signed-off-by: Jade Turner Co-authored-by: Jade Turner --- .gitattributes | 3 + .styleguide | 1 + .../photonlib/robot-pose-estimator.md | 13 + photon-lib/py/setup.py | 6 +- .../org/photonvision/PhotonPoseEstimator.java | 155 +- .../photonvision/PhotonPoseEstimatorTest.java | 135 +- photon-targeting/build.gradle | 7 + .../estimation/VisionEstimation.java | 143 + .../jni/ConstrainedSolvepnpJni.java | 31 + .../constrained_solvepnp_10_tags_fixed.c | 22731 ++++++++++++++++ .../constrained_solvepnp_10_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_10_tags_free.c | 22715 +++++++++++++++ .../constrained_solvepnp_10_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_1_tags_fixed.c | 7861 ++++++ .../constrained_solvepnp_1_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_1_tags_free.c | 7845 ++++++ .../constrained_solvepnp_1_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_2_tags_fixed.c | 9515 +++++++ .../constrained_solvepnp_2_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_2_tags_free.c | 9499 +++++++ .../constrained_solvepnp_2_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_3_tags_fixed.c | 11167 ++++++++ .../constrained_solvepnp_3_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_3_tags_free.c | 11151 ++++++++ .../constrained_solvepnp_3_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_4_tags_fixed.c | 12819 +++++++++ .../constrained_solvepnp_4_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_4_tags_free.c | 12803 +++++++++ .../constrained_solvepnp_4_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_5_tags_fixed.c | 14471 ++++++++++ .../constrained_solvepnp_5_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_5_tags_free.c | 14455 ++++++++++ .../constrained_solvepnp_5_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_6_tags_fixed.c | 16123 +++++++++++ .../constrained_solvepnp_6_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_6_tags_free.c | 16107 +++++++++++ .../constrained_solvepnp_6_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_7_tags_fixed.c | 17775 ++++++++++++ .../constrained_solvepnp_7_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_7_tags_free.c | 17759 ++++++++++++ .../constrained_solvepnp_7_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_8_tags_fixed.c | 19427 +++++++++++++ .../constrained_solvepnp_8_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_8_tags_free.c | 19411 +++++++++++++ .../constrained_solvepnp_8_tags_free.h | 85 + .../constrained_solvepnp_9_tags_fixed.c | 21079 ++++++++++++++ .../constrained_solvepnp_9_tags_fixed.h | 85 + .../constrained_solvepnp_9_tags_free.c | 21063 ++++++++++++++ .../constrained_solvepnp_9_tags_free.h | 85 + .../wrap/casadi_wrapper.cpp | 369 + .../wrap/casadi_wrapper.h | 53 + .../native/jni/ConstrainedSolvepnpJNI.cpp | 101 + .../test/java/ConstrainedSolvepnpTest.java | 105 + .../src/test/native/cpp/CasadiWrapperTest.cpp | 183 + scripts/casadi_generate_tag_costs.py | 177 + 55 files changed, 308948 insertions(+), 10 deletions(-) create mode 100644 photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/jni/ConstrainedSolvepnpJni.java create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_1_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_1_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_1_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_1_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_2_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_2_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_2_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_2_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_3_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_3_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_3_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_3_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_4_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_4_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_4_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_4_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_5_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_5_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_5_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_5_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_6_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_6_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_6_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_6_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_7_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_7_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_7_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_7_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_8_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_8_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_8_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_8_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_9_tags_fixed.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_9_tags_fixed.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_9_tags_free.c create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_9_tags_free.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.cpp create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/include/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h create mode 100644 photon-targeting/src/main/native/jni/ConstrainedSolvepnpJNI.cpp create mode 100644 photon-targeting/src/test/java/ConstrainedSolvepnpTest.java create mode 100644 photon-targeting/src/test/native/cpp/CasadiWrapperTest.cpp create mode 100755 scripts/casadi_generate_tag_costs.py diff --git a/.gitattributes b/.gitattributes index 6ff3f8d48f..1cf9053c3c 100644 --- a/.gitattributes +++ b/.gitattributes @@ -35,3 +35,6 @@ *.so binary *.dll binary *.webp binary + +# autogenerated constrained solve pnp code +photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/**/* linguist-generated diff --git a/.styleguide b/.styleguide index 1acec9bb54..7569260495 100644 --- a/.styleguide +++ b/.styleguide @@ -21,6 +21,7 @@ modifiableFileExclude { \.rknn$ gradlew photon-lib/py/photonlibpy/generated/ + photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/ photon-targeting/src/generated/ } diff --git a/docs/source/docs/programming/photonlib/robot-pose-estimator.md b/docs/source/docs/programming/photonlib/robot-pose-estimator.md index 3f5588b54d..f0e3e6ccad 100644 --- a/docs/source/docs/programming/photonlib/robot-pose-estimator.md +++ b/docs/source/docs/programming/photonlib/robot-pose-estimator.md @@ -47,6 +47,19 @@ The PhotonPoseEstimator has a constructor that takes an `AprilTagFieldLayout` (s - Choose the Pose which is closest to the last pose calculated. - AVERAGE_BEST_TARGETS - Choose the Pose which is the average of all the poses from each tag. +- MULTI_TAG_PNP_ON_RIO + - A slower, older version of MULTI_TAG_PNP_ON_COPROCESSOR, not recommended for use. +- PNP_DISTANCE_TRIG_SOLVE + - Use distance data from best visible tag to compute a Pose. This runs on the RoboRIO in order + to access the robot's yaw heading, and MUST have addHeadingData called every frame so heading + data is up-to-date. Based on a reference implementation by [FRC Team 6328 Mechanical Advantage](https://www.chiefdelphi.com/t/frc-6328-mechanical-advantage-2025-build-thread/477314/98). +- CONSTRAINED_SOLVEPNP + - Solve a constrained version of the Perspective-n-Point problem with the robot's drivebase + flat on the floor. This computation takes place on the RoboRIO, and should not take more than 2ms. + This also requires addHeadingData to be called every frame so heading data is up to date. + If Multi-Tag PNP is enabled on the coprocessor, it will be used to provide an initial seed to + the optimization algorithm -- otherwise, the multi-tag fallback strategy will be used as the + seed. ```{eval-rst} .. tab-set-code:: diff --git a/photon-lib/py/setup.py b/photon-lib/py/setup.py index 2eca4f9d02..09408e6ddc 100644 --- a/photon-lib/py/setup.py +++ b/photon-lib/py/setup.py @@ -4,7 +4,9 @@ from setuptools import find_packages, setup gitDescribeResult = ( - subprocess.check_output(["git", "describe", "--tags", "--match=v*", "--always"]) + subprocess.check_output( + ["git", "describe", "--tags", "--match=v*", "--exclude=*rc*", "--always"] + ) .decode("utf-8") .strip() ) @@ -18,7 +20,7 @@ # which should be PEP440 compliant if m: versionString = m.group(0) - # Hack -- for strings like v2024.1.1, do NOT add matruity/suffix + # Hack -- for strings like v2024.1.1, do NOT add maturity/suffix if len(m.group(2)) > 0: print("using beta group matcher") prefix = m.group(1) diff --git a/photon-lib/src/main/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimator.java b/photon-lib/src/main/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimator.java index 28506db79c..7ef835ca52 100644 --- a/photon-lib/src/main/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimator.java +++ b/photon-lib/src/main/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimator.java @@ -97,9 +97,34 @@ public enum PoseStrategy { * *

https://www.chiefdelphi.com/t/frc-6328-mechanical-advantage-2025-build-thread/477314/98 */ - PNP_DISTANCE_TRIG_SOLVE + PNP_DISTANCE_TRIG_SOLVE, + + /** + * Solve a constrained version of the Perspective-n-Point problem with the robot's drivebase + * flat on the floor. This computation takes place on the RoboRIO, and typically takes not more + * than 2ms. See {@link PhotonPoseEstimator.ConstrainedSolvepnpParams} and {@link + * org.photonvision.jni.ConstrainedSolvepnpJni} for details and tuning handles this strategy + * exposes. This strategy needs addHeadingData called every frame so heading data is up-to-date. + * If Multi-Tag PNP is enabled on the coprocessor, it will be used to provide an initial seed to + * the optimization algorithm -- otherwise, the multi-tag fallback strategy will be used as the + * seed. + */ + CONSTRAINED_SOLVEPNP } + /** + * Tuning handles we have over the CONSTRAINED_SOLVEPNP {@link PhotonPoseEstimator.PoseStrategy}. + * Internally, the cost function is a sum-squared of pixel reprojection error + (optionally) + * heading error * heading scale factor. + * + * @param headingFree If true, heading is completely free to vary. If false, heading excursions + * from the provided heading measurement will be penalized + * @param headingScaleFactor If headingFree is false, this weights the cost of changing our robot + * heading estimate against the tag corner reprojection error const. + */ + public static final record ConstrainedSolvepnpParams( + boolean headingFree, double headingScaleFactor) {} + private AprilTagFieldLayout fieldTags; private TargetModel tagModel = TargetModel.kAprilTag36h11; private PoseStrategy primaryStrategy; @@ -345,6 +370,8 @@ public Optional update(PhotonPipelineResult cameraResult) { *

  • The timestamp of the provided pipeline result is the same as in the previous call to * {@code update()}. *
  • No targets were found in the pipeline results. + *
  • The strategy is CONSTRAINED_SOLVEPNP, but no constrainedPnpParams were provided (use the + * other function overload). * * * @param cameraMatrix Camera calibration data for multi-tag-on-rio strategy - can be empty @@ -358,6 +385,32 @@ public Optional update( PhotonPipelineResult cameraResult, Optional> cameraMatrix, Optional> distCoeffs) { + return update(cameraResult, cameraMatrix, distCoeffs, Optional.empty()); + } + + /** + * Updates the estimated position of the robot. Returns empty if: + * + *
      + *
    • The timestamp of the provided pipeline result is the same as in the previous call to + * {@code update()}. + *
    • No targets were found in the pipeline results. + *
    • The strategy is CONSTRAINED_SOLVEPNP, but the provided constrainedPnpParams are empty. + *
    + * + * @param cameraMatrix Camera calibration data for multi-tag-on-rio strategy - can be empty + * otherwise + * @param distCoeffs Camera calibration data for multi-tag-on-rio strategy - can be empty + * otherwise + * @param constrainedPnpParams Constrained SolvePNP params, if needed. + * @return an {@link EstimatedRobotPose} with an estimated pose, timestamp, and targets used to + * create the estimate. + */ + public Optional update( + PhotonPipelineResult cameraResult, + Optional> cameraMatrix, + Optional> distCoeffs, + Optional constrainedPnpParams) { // Time in the past -- give up, since the following if expects times > 0 if (cameraResult.getTimestampSeconds() < 0) { return Optional.empty(); @@ -379,7 +432,8 @@ public Optional update( return Optional.empty(); } - return update(cameraResult, cameraMatrix, distCoeffs, this.primaryStrategy); + return update( + cameraResult, cameraMatrix, distCoeffs, constrainedPnpParams, this.primaryStrategy); } /** @@ -387,19 +441,20 @@ public Optional update( * called after timestamp checks have been done by another update() overload. * * @param cameraResult The latest pipeline result from the camera - * @param strategy The pose strategy to use + * @param strategy The pose strategy to use. Can't be CONSTRAINED_SOLVEPNP. * @return an {@link EstimatedRobotPose} with an estimated pose, timestamp, and targets used to * create the estimate. */ private Optional update( PhotonPipelineResult cameraResult, PoseStrategy strategy) { - return update(cameraResult, Optional.empty(), Optional.empty(), strategy); + return update(cameraResult, Optional.empty(), Optional.empty(), Optional.empty(), strategy); } private Optional update( PhotonPipelineResult cameraResult, Optional> cameraMatrix, Optional> distCoeffs, + Optional constrainedPnpParams, PoseStrategy strategy) { Optional estimatedPose = switch (strategy) { @@ -416,6 +471,8 @@ private Optional update( multiTagOnRioStrategy(cameraResult, cameraMatrix, distCoeffs); case MULTI_TAG_PNP_ON_COPROCESSOR -> multiTagOnCoprocStrategy(cameraResult); case PNP_DISTANCE_TRIG_SOLVE -> pnpDistanceTrigSolveStrategy(cameraResult); + case CONSTRAINED_SOLVEPNP -> + constrainedPnpStrategy(cameraResult, cameraMatrix, distCoeffs, constrainedPnpParams); }; if (estimatedPose.isPresent()) { @@ -470,6 +527,87 @@ private Optional pnpDistanceTrigSolveStrategy(PhotonPipeline PoseStrategy.PNP_DISTANCE_TRIG_SOLVE)); } + private Optional constrainedPnpStrategy( + PhotonPipelineResult result, + Optional> cameraMatrixOpt, + Optional> distCoeffsOpt, + Optional constrainedPnpParams) { + boolean hasCalibData = cameraMatrixOpt.isPresent() && distCoeffsOpt.isPresent(); + // cannot run multitagPNP, use fallback strategy + if (!hasCalibData) { + return update( + result, cameraMatrixOpt, distCoeffsOpt, Optional.empty(), this.multiTagFallbackStrategy); + } + + if (constrainedPnpParams.isEmpty()) { + return Optional.empty(); + } + + // Need heading if heading fixed + if (!constrainedPnpParams.get().headingFree + && headingBuffer.getSample(result.getTimestampSeconds()).isEmpty()) { + return update( + result, cameraMatrixOpt, distCoeffsOpt, Optional.empty(), this.multiTagFallbackStrategy); + } + + Pose3d fieldToRobotSeed; + + // Attempt to use multi-tag to get a pose estimate seed + if (result.getMultiTagResult().isPresent()) { + fieldToRobotSeed = + Pose3d.kZero.plus( + result.getMultiTagResult().get().estimatedPose.best.plus(robotToCamera.inverse())); + } else { + // HACK - use fallback strategy to gimme a seed pose + // TODO - make sure nested update doesn't break state + var nestedUpdate = + update( + result, + cameraMatrixOpt, + distCoeffsOpt, + Optional.empty(), + this.multiTagFallbackStrategy); + if (nestedUpdate.isEmpty()) { + // best i can do is bail + return Optional.empty(); + } + fieldToRobotSeed = nestedUpdate.get().estimatedPose; + } + + if (!constrainedPnpParams.get().headingFree) { + // If heading fixed, force rotation component + fieldToRobotSeed = + new Pose3d( + fieldToRobotSeed.getTranslation(), + new Rotation3d(headingBuffer.getSample(result.getTimestampSeconds()).get())); + } + + var pnpResult = + VisionEstimation.estimateRobotPoseConstrainedSolvepnp( + cameraMatrixOpt.get(), + distCoeffsOpt.get(), + result.getTargets(), + robotToCamera, + fieldToRobotSeed, + fieldTags, + tagModel, + constrainedPnpParams.get().headingFree, + headingBuffer.getSample(result.getTimestampSeconds()).get(), + constrainedPnpParams.get().headingScaleFactor); + // try fallback strategy if solvePNP fails for some reason + if (!pnpResult.isPresent()) + return update( + result, cameraMatrixOpt, distCoeffsOpt, Optional.empty(), this.multiTagFallbackStrategy); + var best = Pose3d.kZero.plus(pnpResult.get().best); // field-to-robot + + return Optional.of( + new EstimatedRobotPose( + best, + result.getTimestampSeconds(), + result.getTargets(), + PoseStrategy.CONSTRAINED_SOLVEPNP)); + } + private Optional multiTagOnCoprocStrategy(PhotonPipelineResult result) { if (result.getMultiTagResult().isEmpty()) { return update(result, this.multiTagFallbackStrategy); @@ -477,7 +615,7 @@ private Optional multiTagOnCoprocStrategy(PhotonPipelineResu var best_tf = result.getMultiTagResult().get().estimatedPose.best; var best = - new Pose3d() + Pose3d.kZero .plus(best_tf) // field-to-camera .relativeTo(fieldTags.getOrigin()) .plus(robotToCamera.inverse()); // field-to-robot @@ -508,9 +646,12 @@ private Optional multiTagOnRioStrategy( VisionEstimation.estimateCamPosePNP( cameraMatrixOpt.get(), distCoeffsOpt.get(), result.getTargets(), fieldTags, tagModel); // try fallback strategy if solvePNP fails for some reason - if (!pnpResult.isPresent()) return update(result, this.multiTagFallbackStrategy); + if (!pnpResult.isPresent()) + return update( + result, cameraMatrixOpt, distCoeffsOpt, Optional.empty(), this.multiTagFallbackStrategy); + var best = - new Pose3d() + Pose3d.kZero .plus(pnpResult.get().best) // field-to-camera .plus(robotToCamera.inverse()); // field-to-robot diff --git a/photon-lib/src/test/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimatorTest.java b/photon-lib/src/test/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimatorTest.java index 61c9a4538a..d4359a9159 100644 --- a/photon-lib/src/test/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimatorTest.java +++ b/photon-lib/src/test/java/org/photonvision/PhotonPoseEstimatorTest.java @@ -28,33 +28,58 @@ import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals; import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertFalse; import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.fail; import edu.wpi.first.apriltag.AprilTag; import edu.wpi.first.apriltag.AprilTagFieldLayout; +import edu.wpi.first.apriltag.AprilTagFields; +import edu.wpi.first.hal.HAL; +import edu.wpi.first.math.MatBuilder; +import edu.wpi.first.math.Nat; +import edu.wpi.first.math.VecBuilder; import edu.wpi.first.math.geometry.Pose3d; +import edu.wpi.first.math.geometry.Quaternion; +import edu.wpi.first.math.geometry.Rotation2d; import edu.wpi.first.math.geometry.Rotation3d; import edu.wpi.first.math.geometry.Transform3d; import edu.wpi.first.math.geometry.Translation3d; import edu.wpi.first.math.util.Units; +import java.io.IOException; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.Optional; +import org.junit.jupiter.api.AfterAll; import org.junit.jupiter.api.BeforeAll; import org.junit.jupiter.api.Test; +import org.photonvision.PhotonPoseEstimator.ConstrainedSolvepnpParams; import org.photonvision.PhotonPoseEstimator.PoseStrategy; import org.photonvision.estimation.TargetModel; +import org.photonvision.jni.PhotonTargetingJniLoader; +import org.photonvision.jni.WpilibLoader; import org.photonvision.simulation.PhotonCameraSim; import org.photonvision.simulation.SimCameraProperties; import org.photonvision.simulation.VisionTargetSim; +import org.photonvision.targeting.MultiTargetPNPResult; +import org.photonvision.targeting.PhotonPipelineMetadata; import org.photonvision.targeting.PhotonPipelineResult; import org.photonvision.targeting.PhotonTrackedTarget; +import org.photonvision.targeting.PnpResult; import org.photonvision.targeting.TargetCorner; class PhotonPoseEstimatorTest { static AprilTagFieldLayout aprilTags; @BeforeAll - public static void init() { + public static void init() throws UnsatisfiedLinkError, IOException { + if (!WpilibLoader.loadLibraries()) { + fail(); + } + if (!PhotonTargetingJniLoader.load()) { + fail(); + } + + HAL.initialize(1000, 0); + List tagList = new ArrayList<>(2); tagList.add(new AprilTag(0, new Pose3d(3, 3, 3, new Rotation3d()))); tagList.add(new AprilTag(1, new Pose3d(5, 5, 5, new Rotation3d()))); @@ -63,6 +88,11 @@ public static void init() { aprilTags = new AprilTagFieldLayout(tagList, fieldLength, fieldWidth); } + @AfterAll + public static void teardown() { + HAL.shutdown(); + } + @Test void testLowestAmbiguityStrategy() { PhotonCameraInjector cameraOne = new PhotonCameraInjector(); @@ -778,6 +808,109 @@ void testMultiTagOnRioFallback() { () -> assertEquals(2, pose.getZ(), 1e-9)); } + @Test + public void testConstrainedPnpOneTag() { + var distortion = VecBuilder.fill(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); + var cameraMat = + MatBuilder.fill( + Nat.N3(), + Nat.N3(), + 399.37500000000006, + 0, + 319.5, + 0, + 399.16666666666674, + 239.5, + 0, + 0, + 1); + + /* + * Ground truth: + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/rotation/q/w,0. + * 31064262190452635 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/rotation/q/x,0. + * 24478552235412665 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/rotation/q/y,-0. + * 0836470779150917 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/rotation/q/z,0. + * 914649865171567 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/translation/x,3. + * 191446451763934 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/translation/y,4. + * 44396966389316 + * 29.989279,NT:/photonvision/YOUR CAMERA + * NAME/rawBytes/multitagResult/estimatedPose/best/translation/z,0. + * 4995793771070878 + */ + List corners8 = + List.of( + new TargetCorner(98.09875447066685, 331.0093220119495), + new TargetCorner(122.20226758624413, 335.50083894738486), + new TargetCorner(127.17118732489361, 313.81406314178633), + new TargetCorner(104.28543773760417, 309.6516557438994)); + + var result = + new PhotonPipelineResult( + new PhotonPipelineMetadata(10000, 2000, 1, 100), + List.of( + new PhotonTrackedTarget(0, 0, 0, 0, 8, 0, 0, null, null, 0, corners8, corners8)), + Optional.of( + new MultiTargetPNPResult( + new PnpResult( + new Transform3d( + // From ground truth + new Translation3d( + 3.1665557336121353, 4.430673446050584, 0.48678786477534686), + new Rotation3d( + new Quaternion( + 0.3132532247418243, + 0.24722671090692333, + -0.08413452932300695, + 0.9130568172784148))), + 0.1), + new ArrayList(8)))); + + final double camPitch = Units.degreesToRadians(30.0); + final Transform3d kRobotToCam = + new Transform3d(new Translation3d(0.5, 0.0, 0.5), new Rotation3d(0, -camPitch, 0)); + + PhotonPoseEstimator estimator = + new PhotonPoseEstimator( + AprilTagFieldLayout.loadField(AprilTagFields.k2024Crescendo), + PoseStrategy.CONSTRAINED_SOLVEPNP, + kRobotToCam); + + estimator.addHeadingData(result.getTimestampSeconds(), Rotation2d.kZero); + + Optional estimatedPose = + estimator.update( + result, + Optional.of(cameraMat), + Optional.of(distortion), + Optional.of(new ConstrainedSolvepnpParams(true, 0))); + Pose3d pose = estimatedPose.get().estimatedPose; + System.out.println(pose); + } + + @Test + void testConstrainedPnpEmptyCase() { + PhotonPoseEstimator estimator = + new PhotonPoseEstimator( + AprilTagFieldLayout.loadField(AprilTagFields.k2024Crescendo), + PoseStrategy.CONSTRAINED_SOLVEPNP, + Transform3d.kZero); + PhotonPipelineResult result = new PhotonPipelineResult(); + var estimate = estimator.update(result); + assertEquals(estimate, Optional.empty()); + } + private static class PhotonCameraInjector extends PhotonCamera { public PhotonCameraInjector() { super("Test"); diff --git a/photon-targeting/build.gradle b/photon-targeting/build.gradle index 6f97872b08..dd2f628d16 100644 --- a/photon-targeting/build.gradle +++ b/photon-targeting/build.gradle @@ -3,6 +3,7 @@ ext { } apply plugin: 'cpp' +apply plugin: 'c' apply plugin: 'google-test-test-suite' apply plugin: 'edu.wpi.first.NativeUtils' apply plugin: 'edu.wpi.first.WpilibTools' @@ -40,6 +41,12 @@ model { components { "${nativeName}"(NativeLibrarySpec) { sources { + c { + source { + srcDirs 'src/main/native/cpp', "$buildDir/generated/source/proto/main/cpp", "$buildDir/generated/native/cpp" + include '**/*.c' + } + } cpp { source { srcDirs 'src/main/native/cpp', "$buildDir/generated/source/proto/main/cpp", 'src/generated/main/native/cpp' diff --git a/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/estimation/VisionEstimation.java b/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/estimation/VisionEstimation.java index 9564dbb057..49067234f7 100644 --- a/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/estimation/VisionEstimation.java +++ b/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/estimation/VisionEstimation.java @@ -19,8 +19,12 @@ import edu.wpi.first.apriltag.AprilTag; import edu.wpi.first.apriltag.AprilTagFieldLayout; +import edu.wpi.first.math.MatBuilder; import edu.wpi.first.math.Matrix; +import edu.wpi.first.math.Nat; import edu.wpi.first.math.geometry.Pose3d; +import edu.wpi.first.math.geometry.Rotation2d; +import edu.wpi.first.math.geometry.Transform2d; import edu.wpi.first.math.geometry.Transform3d; import edu.wpi.first.math.geometry.Translation3d; import edu.wpi.first.math.numbers.*; @@ -29,7 +33,12 @@ import java.util.Objects; import java.util.Optional; import java.util.stream.Collectors; +import org.ejml.simple.SimpleMatrix; +import org.opencv.calib3d.Calib3d; +import org.opencv.core.MatOfDouble; +import org.opencv.core.MatOfPoint2f; import org.opencv.core.Point; +import org.photonvision.jni.ConstrainedSolvepnpJni; import org.photonvision.targeting.PhotonTrackedTarget; import org.photonvision.targeting.PnpResult; import org.photonvision.targeting.TargetCorner; @@ -132,4 +141,138 @@ public static Optional estimateCamPosePNP( camToOrigin.get().altReprojErr)); } } + + /** + * Performs constrained solvePNP using 3d-2d point correspondences of visible AprilTags to + * estimate the field-to-camera transformation. + * + *

    Note: The returned transformation is from the field origin to the robot drivebase + * + * @param cameraMatrix The camera intrinsics matrix in standard opencv form + * @param distCoeffs The camera distortion matrix in standard opencv form + * @param visTags The visible tags reported by PV. Non-tag targets are automatically excluded. + * @param robot2camera The {@link Transform3d} from the robot odometry frame to the camera optical + * frame + * @param robotPoseSeed An initial guess at robot pose, refined via optimizaiton. Better guesses + * will converge faster. + * @param tagLayout The known tag layout on the field + * @param tagModel The physical size of the AprilTags + * @param headingFree If heading is completely free, or if our measured gyroθ is taken into + * account + * @param gyroθ If headingFree is false, the best estimate at robot yaw. Excursions from this are + * penalized in our cost function. + * @param gyroErrorScaleFac A relative weight for gyro heading excursions against tag corner + * reprojection error. + * @return The transformation that maps the field origin to the camera pose. Ensure the {@link + * PnpResult} are present before utilizing them. + */ + public static Optional estimateRobotPoseConstrainedSolvepnp( + Matrix cameraMatrix, + Matrix distCoeffs, + List visTags, + Transform3d robot2camera, + Pose3d robotPoseSeed, + AprilTagFieldLayout tagLayout, + TargetModel tagModel, + boolean headingFree, + Rotation2d gyroθ, + double gyroErrorScaleFac) { + if (tagLayout == null + || visTags == null + || tagLayout.getTags().isEmpty() + || visTags.isEmpty()) { + return Optional.empty(); + } + + var corners = new ArrayList(); + var knownTags = new ArrayList(); + // ensure these are AprilTags in our layout + for (var tgt : visTags) { + int id = tgt.getFiducialId(); + tagLayout + .getTagPose(id) + .ifPresent( + pose -> { + knownTags.add(new AprilTag(id, pose)); + corners.addAll(tgt.getDetectedCorners()); + }); + } + if (knownTags.isEmpty() || corners.isEmpty() || corners.size() % 4 != 0) { + return Optional.empty(); + } + Point[] points = OpenCVHelp.cornersToPoints(corners); + + // Undistort + { + MatOfPoint2f temp = new MatOfPoint2f(); + MatOfDouble cameraMatrixMat = new MatOfDouble(); + MatOfDouble distCoeffsMat = new MatOfDouble(); + OpenCVHelp.matrixToMat(cameraMatrix.getStorage()).assignTo(cameraMatrixMat); + OpenCVHelp.matrixToMat(distCoeffs.getStorage()).assignTo(distCoeffsMat); + + temp.fromArray(points); + Calib3d.undistortImagePoints(temp, temp, cameraMatrixMat, distCoeffsMat); + points = temp.toArray(); + + temp.release(); + cameraMatrixMat.release(); + distCoeffsMat.release(); + } + + // Rotate from wpilib to opencv camera CS + var robot2cameraBase = + MatBuilder.fill(Nat.N4(), Nat.N4(), 0, 0, 1, 0, -1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 1); + var robotToCamera = robot2camera.toMatrix().times(robot2cameraBase); + + // Where we saw corners + var point_observations = new SimpleMatrix(2, points.length); + for (int i = 0; i < points.length; i++) { + point_observations.set(0, i, points[i].x); + point_observations.set(1, i, points[i].y); + } + + // Affine corner locations + var objectTrls = new ArrayList(); + for (var tag : knownTags) objectTrls.addAll(tagModel.getFieldVertices(tag.pose)); + var field2points = new SimpleMatrix(4, points.length); + for (int i = 0; i < objectTrls.size(); i++) { + field2points.set(0, i, objectTrls.get(i).getX()); + field2points.set(1, i, objectTrls.get(i).getY()); + field2points.set(2, i, objectTrls.get(i).getZ()); + field2points.set(3, i, 1); + } + + // fx fy cx cy + double[] cameraCal = + new double[] { + cameraMatrix.get(0, 0), + cameraMatrix.get(1, 1), + cameraMatrix.get(0, 2), + cameraMatrix.get(1, 2), + }; + + var guess2 = robotPoseSeed.toPose2d(); + + var ret = + ConstrainedSolvepnpJni.do_optimization( + headingFree, + knownTags.size(), + cameraCal, + robotToCamera.getData(), + new double[] { + guess2.getX(), guess2.getY(), guess2.getRotation().getRadians(), + }, + field2points.getDDRM().getData(), + point_observations.getDDRM().getData(), + gyroθ.getRadians(), + gyroErrorScaleFac); + + if (ret == null) { + return Optional.empty(); + } else { + var pnpresult = new PnpResult(); + pnpresult.best = new Transform3d(new Transform2d(ret[0], ret[1], new Rotation2d(ret[2]))); + return Optional.of(pnpresult); + } + } } diff --git a/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/jni/ConstrainedSolvepnpJni.java b/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/jni/ConstrainedSolvepnpJni.java new file mode 100644 index 0000000000..4ed64e9889 --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/main/java/org/photonvision/jni/ConstrainedSolvepnpJni.java @@ -0,0 +1,31 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +package org.photonvision.jni; + +public class ConstrainedSolvepnpJni { + public static native double[] do_optimization( + boolean heading_free, + int nTags, + double[] cameraCal, + double[] robot2camera, + double[] x_guess, + double[] field2points, + double[] point_observations, + double gyro_θ, + double gyro_error_scale_fac); +} diff --git a/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.c b/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.c new file mode 100644 index 0000000000..9da5d4caac --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.c @@ -0,0 +1,22731 @@ +/* This file was automatically generated by CasADi 3.6.7. + * It consists of: + * 1) content generated by CasADi runtime: not copyrighted + * 2) template code copied from CasADi source: permissively licensed 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casadi_int *sz_w); +#define calc_J_9_tags_heading_free_SZ_ARG 12 +#define calc_J_9_tags_heading_free_SZ_RES 1 +#define calc_J_9_tags_heading_free_SZ_IW 0 +#define calc_J_9_tags_heading_free_SZ_W 192 +int calc_gradJ_9_tags_heading_free(const casadi_real** arg, casadi_real** res, casadi_int* iw, casadi_real* w, int mem); +int calc_gradJ_9_tags_heading_free_alloc_mem(void); +int calc_gradJ_9_tags_heading_free_init_mem(int mem); +void calc_gradJ_9_tags_heading_free_free_mem(int mem); +int calc_gradJ_9_tags_heading_free_checkout(void); +void calc_gradJ_9_tags_heading_free_release(int mem); +void calc_gradJ_9_tags_heading_free_incref(void); +void calc_gradJ_9_tags_heading_free_decref(void); +casadi_int calc_gradJ_9_tags_heading_free_n_in(void); +casadi_int calc_gradJ_9_tags_heading_free_n_out(void); +casadi_real calc_gradJ_9_tags_heading_free_default_in(casadi_int i); +const char* calc_gradJ_9_tags_heading_free_name_in(casadi_int i); +const char* calc_gradJ_9_tags_heading_free_name_out(casadi_int i); +const casadi_int* calc_gradJ_9_tags_heading_free_sparsity_in(casadi_int i); +const casadi_int* calc_gradJ_9_tags_heading_free_sparsity_out(casadi_int i); +int calc_gradJ_9_tags_heading_free_work(casadi_int *sz_arg, casadi_int* sz_res, casadi_int *sz_iw, casadi_int *sz_w); +int calc_gradJ_9_tags_heading_free_work_bytes(casadi_int *sz_arg, casadi_int* sz_res, casadi_int *sz_iw, casadi_int *sz_w); +#define calc_gradJ_9_tags_heading_free_SZ_ARG 12 +#define calc_gradJ_9_tags_heading_free_SZ_RES 1 +#define calc_gradJ_9_tags_heading_free_SZ_IW 0 +#define calc_gradJ_9_tags_heading_free_SZ_W 382 +int calc_hessJ_9_tags_heading_free(const casadi_real** arg, casadi_real** res, casadi_int* iw, casadi_real* w, int mem); +int calc_hessJ_9_tags_heading_free_alloc_mem(void); +int calc_hessJ_9_tags_heading_free_init_mem(int mem); +void calc_hessJ_9_tags_heading_free_free_mem(int mem); +int calc_hessJ_9_tags_heading_free_checkout(void); +void calc_hessJ_9_tags_heading_free_release(int mem); +void calc_hessJ_9_tags_heading_free_incref(void); +void calc_hessJ_9_tags_heading_free_decref(void); +casadi_int calc_hessJ_9_tags_heading_free_n_in(void); +casadi_int calc_hessJ_9_tags_heading_free_n_out(void); +casadi_real calc_hessJ_9_tags_heading_free_default_in(casadi_int i); +const char* calc_hessJ_9_tags_heading_free_name_in(casadi_int i); +const char* calc_hessJ_9_tags_heading_free_name_out(casadi_int i); +const casadi_int* calc_hessJ_9_tags_heading_free_sparsity_in(casadi_int i); +const casadi_int* calc_hessJ_9_tags_heading_free_sparsity_out(casadi_int i); +int calc_hessJ_9_tags_heading_free_work(casadi_int *sz_arg, casadi_int* sz_res, casadi_int *sz_iw, casadi_int *sz_w); +int calc_hessJ_9_tags_heading_free_work_bytes(casadi_int *sz_arg, casadi_int* sz_res, casadi_int *sz_iw, casadi_int *sz_w); +#define calc_hessJ_9_tags_heading_free_SZ_ARG 12 +#define calc_hessJ_9_tags_heading_free_SZ_RES 1 +#define calc_hessJ_9_tags_heading_free_SZ_IW 0 +#define calc_hessJ_9_tags_heading_free_SZ_W 1068 +#ifdef __cplusplus +} /* extern "C" */ +#endif diff --git a/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.cpp b/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.cpp new file mode 100644 index 0000000000..b7192820f6 --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/main/native/cpp/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.cpp @@ -0,0 +1,369 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +#include "photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h" + +#include + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include +#include +#include +#include +#include + +#include "../generate/constrained_solvepnp_10_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_10_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_1_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_1_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_2_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_2_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_3_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_3_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_4_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_4_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_5_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_5_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_6_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_6_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_7_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_7_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_8_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_8_tags_free.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_9_tags_fixed.h" +#include "../generate/constrained_solvepnp_9_tags_free.h" + +constexpr bool VERBOSE = false; + +struct Problem { + int numTags; + bool headingFree; + int (*calc_J)(const casadi_real** arg, casadi_real** res, casadi_int* iw, + casadi_real* w, int mem); + int (*calc_gradJ)(const casadi_real** arg, casadi_real** res, casadi_int* iw, + casadi_real* w, int mem); + int (*calc_hessJ)(const casadi_real** arg, casadi_real** res, casadi_int* iw, + casadi_real* w, int mem); +}; + +static std::optional createProblem(int numTags, bool heading_free) { +#define MAKE_P(tags, suffix) \ + Problem { \ + tags, heading_free, calc_J_##tags##_tags_heading_##suffix, \ + calc_gradJ_##tags##_tags_heading_##suffix, \ + calc_hessJ_##tags##_tags_heading_##suffix \ + } +#define MAKE_CASE(n) \ + case n: \ + return heading_free ? MAKE_P(n, free) : MAKE_P(n, fixed); + switch (numTags) { + MAKE_CASE(1) + MAKE_CASE(2) + MAKE_CASE(3) + MAKE_CASE(4) + MAKE_CASE(5) + MAKE_CASE(6) + MAKE_CASE(7) + MAKE_CASE(8) + MAKE_CASE(9) + MAKE_CASE(10) + // TODO include more cases here + default: + return std::nullopt; + } +#undef MAKE_P +#undef MAKE_CASE +} + +template +struct ProblemState { + // Note that we use the full state vector regardless of if we optimize for it, + // as we need to remember robot heading + using FullStateMat = Eigen::Matrix; + using StateMat = Eigen::Matrix; + using GradientMat = Eigen::Matrix; + using HessianMat = + Eigen::Matrix; + + // Parameters held constant through optimization + Eigen::Matrix robot2camera; + Eigen::Matrix field2points; + Eigen::Matrix + point_observations; + constrained_solvepnp::CameraCalibration cameraCal; + + // our Problem with function pointers + Problem problemSelected; + + // Measurements from external gyro + casadi_real gyro_θ; + casadi_real gyro_error_scale_fac; + +#define MAKE_ARGV(x) \ + const casadi_real* argv[] = {&x[0], \ + &x[1], \ + &x[2], \ + &cameraCal.fx, \ + &cameraCal.fy, \ + &cameraCal.cx, \ + &cameraCal.cy, \ + robot2camera.data(), \ + field2points.data(), \ + point_observations.data(), \ + &gyro_θ, \ + &gyro_error_scale_fac} + + // helpers + inline casadi_real calculateJ(FullStateMat x) { + MAKE_ARGV(x); + casadi_real J; + casadi_real* j_out[] = {&J}; + if (problemSelected.calc_J(argv, j_out, NULL, NULL, 0)) { + throw std::runtime_error("Failure calculating J!"); + } + return J; + } + inline GradientMat calculateGradJ(FullStateMat x) { + MAKE_ARGV(x); + GradientMat g; + casadi_real* grad_j_out[] = {g.data()}; + if (problemSelected.calc_gradJ(argv, grad_j_out, 0, 0, 0)) { + throw std::runtime_error("Failure calculating gradJ!"); + } + return g; + } + inline HessianMat calculateHessJ(FullStateMat x) { + MAKE_ARGV(x); + HessianMat H; + casadi_real* hess_j_out[] = {H.data()}; + if (problemSelected.calc_hessJ(argv, hess_j_out, 0, 0, 0)) { + throw std::runtime_error("Failure calculating hessJ!"); + } + return H; + } +#undef MAKE_ARGV +}; + +wpi::expected +constrained_solvepnp::do_optimization( + bool heading_free, int nTags, + constrained_solvepnp::CameraCalibration cameraCal, + // Note that casadi is column major, apparently + Eigen::Matrix robot2camera, + constrained_solvepnp::RobotStateMat x_guess, + Eigen::Matrix field2points, + Eigen::Matrix + point_observations, + double gyroθ, double gyroErrorScaleFac) { + if (field2points.cols() != (nTags * 4) || + point_observations.cols() != (nTags * 4)) { + if constexpr (VERBOSE) fmt::println("Got unexpected num cols!"); + // TODO find a new error code + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kNonfiniteInitialCostOrConstraints}; + } + + if constexpr (VERBOSE) { + fmt::println("----------------------------------"); + fmt::println("heading free {}; heading {}, cost={}", heading_free, gyroθ, + gyroErrorScaleFac); + fmt::println("Camera cal {} {} {} {}", cameraCal.fx, cameraCal.fy, + cameraCal.cx, cameraCal.cy); + fmt::println("{} tags", nTags); + // fmt::println("nstate {}", nState); + + std::cout << "robot2camera:\n" << robot2camera << std::endl; + std::cout << "x guess:\n" << x_guess << std::endl; + std::cout << "field2pt:\n" << field2points << std::endl; + std::cout << "observations:\n" << point_observations << std::endl; + fmt::println("---------^^^^^^^^---------"); + } + + auto problemOpt = createProblem(nTags, heading_free); + if (!problemOpt) { + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kNonfiniteInitialCostOrConstraints}; + } + + ProblemState<3> pState{robot2camera, field2points, point_observations, + cameraCal, *problemOpt, gyroθ, + gyroErrorScaleFac}; + + using FullStateMat = typename decltype(pState)::FullStateMat; + + using StateMat = typename decltype(pState)::StateMat; + using HessianMat = typename decltype(pState)::HessianMat; + using GradMat = typename decltype(pState)::GradientMat; + + FullStateMat x = x_guess; + + // Sleipnir's delta_I caching algo and Newton.cpp inspiration from + // https://github.com/SleipnirGroup/Sleipnir/blob/5af8519f268a8075e245bb7cd411a81e1598f521/src/optimization/RegularizedLDLT.hpp#L163 + // licensed under BSD 3-Clause + + /// The value of δ from the previous iteration - 1e-4 is a sane guess + /// TUNABLE + double δ = 1e-4 * 2.0; + + constexpr double ERROR_TOL = 1e-4; + + for (int iter = 0; iter < 100; iter++) { + auto iter_start = wpi::Now(); + + // Check for diverging iterates + if (x.template lpNorm() > 1e20 || !x.allFinite()) { + return wpi::unexpected{sleipnir::SolverExitCondition::kDivergingIterates}; + } + + GradMat g = pState.calculateGradJ(x); + + // If our previous step found an x such grad(J) is acceptable, we're done + auto norm_g = g.template lpNorm(); + if (norm_g < ERROR_TOL) { + // Done! + if constexpr (VERBOSE) + fmt::println("{}: Exiting due to convergence (‖∇J‖={})", iter, norm_g); + break; + } + + HessianMat H = pState.calculateHessJ(x); + + /// Regularization. If the Hessian inertia is already OK, don't adjust + + auto H_ldlt = H.ldlt(); + if (H_ldlt.info() != Eigen::Success) { + std::cerr << "LDLT decomp failed! H=" << std::endl << H << std::endl; + return wpi::unexpected{sleipnir::SolverExitCondition::kLocallyInfeasible}; + } + + // Make sure H is positive definite (all eigenvalues are > 0) + int i_reg{0}; + HessianMat H_reg = + H; // keep track of our regularized H TODO - is this valid? + if ((H_ldlt.vectorD().array() <= 0.0).any()) { + // If δthe Hessian wasn't regularized in a previous iteration, start at a + // small value of δ. Otherwise, attempt a δ half as big as the previous + // run so δ can trend downwards over time. + δ = δ / 2.0; + + // Arbitrary max on regularization iterations + int MAX_REG_STEPS = 100; + for (i_reg = 0; i_reg < MAX_REG_STEPS; i_reg++) { + // Try δ, which we may have adjusted above + // std::printf("Trying %f\n", δ); + HessianMat delta_I = HessianMat::Identity() * δ; + H_reg = H + delta_I; + H_ldlt = H_reg.ldlt(); + + if (H_ldlt.info() != Eigen::Success) { + std::cerr << "LDLT decomp failed! H=" << std::endl << H << std::endl; + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kLocallyInfeasible}; + } + + // If our eigenvalues aren't positive definite, pick a new δ for next + // loop + if ((H_ldlt.vectorD().array() <= 0.0).any()) { + δ *= 10.0; + + // If the Hessian perturbation is too high, report failure + if (δ > 1e20) { + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kLocallyInfeasible}; + } + } else { + // Done! + break; + } + + H = H + delta_I; + } + + if (i_reg == MAX_REG_STEPS) { + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kLocallyInfeasible}; + } + } else { + // std::printf("Already regularized\n"); + } + + // Solve for p_x, and refine our solution + auto Hsolver = H_ldlt; // H.fullPivLu(); + StateMat p_x = Hsolver.solve(-g); + + casadi_real old_cost = pState.calculateJ(x); + constexpr double α_max = 1.0; + double alpha = α_max; + + // Iterate until our chosen trial_x decreases our cost + int alpha_refinement{0}; + FullStateMat trial_x = x; + for (alpha_refinement = 0; alpha_refinement < 100; alpha_refinement++) { + trial_x = x + alpha * p_x; + + casadi_real new_cost = pState.calculateJ(trial_x); + + // If f(xₖ + αpₖˣ) isn't finite, reduce step size immediately + if (!std::isfinite(new_cost)) { + // Reduce step size + alpha *= 0.5; + continue; + } + + // Make sure we see an improvement + if (new_cost < old_cost) { + // Step accepted - update x + x = trial_x; + break; + } else { + alpha *= 0.5; + + // Safety factor for the minimal step size + constexpr double α_min_frac = 0.05; + constexpr double γConstraint = 1e-5; + + // If our step size shrank too much, report local infesibility + if (alpha < α_min_frac * γConstraint) { + return wpi::unexpected{ + sleipnir::SolverExitCondition::kLocallyInfeasible}; + } + } + } + + auto iter_end = wpi::Now(); + if constexpr (VERBOSE) { + fmt::println( + "{}: {} uS, ‖∇J‖={}, α={} ({} refinement steps), {} regularization " + "steps", + iter, iter_end - iter_start, g.norm(), alpha, alpha_refinement, + i_reg); + // fmt::println("∇J={}", g); + // fmt::println("H={}", H); + // fmt::println("p_x={}", p_x); + // fmt::println("|Hp_x + ∇f|₂={}", (H * p_x + g).norm()); + } + } + if constexpr (VERBOSE) fmt::println("======================"); + + return x; +} diff --git a/photon-targeting/src/main/native/include/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h b/photon-targeting/src/main/native/include/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h new file mode 100644 index 0000000000..da966a87e0 --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/main/native/include/photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h @@ -0,0 +1,53 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +#pragma once + +#include +#include +#include + +namespace constrained_solvepnp { +using casadi_real = double; +/** + * Pinhole camera coefficients + */ +struct CameraCalibration { + casadi_real fx; + casadi_real fy; + casadi_real cx; + casadi_real cy; +}; + +using RobotStateMat = Eigen::Matrix; + +/** + * Optimize x, where x is [x, y, theta]^T. Note points must be undistorted prior + * to this. The number of columns in field2points and point_observations just be + * exactly 4x nTags. + */ +wpi::expected do_optimization( + bool heading_free, int nTags, CameraCalibration cameraCal, + // Note that casadi is column major, apparently + Eigen::Matrix robot2camera, + RobotStateMat x_guess, + Eigen::Matrix field2points, + Eigen::Matrix + point_observations, + double gyroθ, double gyroErrorScaleFac); + +} // namespace constrained_solvepnp diff --git a/photon-targeting/src/main/native/jni/ConstrainedSolvepnpJNI.cpp b/photon-targeting/src/main/native/jni/ConstrainedSolvepnpJNI.cpp new file mode 100644 index 0000000000..116a552046 --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/main/native/jni/ConstrainedSolvepnpJNI.cpp @@ -0,0 +1,101 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +#include +#include + +#include +#include +#include + +#include "org_photonvision_jni_ConstrainedSolvepnpJni.h" +#include "photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h" + +std::vector convertJDoubleArray(JNIEnv* env, jdoubleArray array) { + jsize length = env->GetArrayLength(array); + std::vector result(length); + env->GetDoubleArrayRegion(array, 0, length, result.data()); + return result; +} + +jdoubleArray createJDoubleArray(JNIEnv* env, const std::span vec) { + jdoubleArray array = env->NewDoubleArray(vec.size()); + env->SetDoubleArrayRegion(array, 0, vec.size(), vec.data()); + return array; +} + +extern "C" { +/* + * Class: org_photonvision_jni_ConstrainedSolvepnpJni_do + * Method: 1optimization + * Signature: (ZI[D[D[D[D[DDD)[D + */ +JNIEXPORT jdoubleArray JNICALL +Java_org_photonvision_jni_ConstrainedSolvepnpJni_do_1optimization + (JNIEnv* env, jclass, jboolean headingFree, jint nTags, + jdoubleArray cameraCal, jdoubleArray robot2camera, jdoubleArray xGuess, + jdoubleArray field2points, jdoubleArray pointObservations, jdouble gyro_θ, + jdouble gyro_error_scale_fac) +{ + auto cameraCalVec = convertJDoubleArray(env, cameraCal); + auto robot2cameraVec = convertJDoubleArray(env, robot2camera); + auto xGuessVec = convertJDoubleArray(env, xGuess); + auto field2pointsVec = convertJDoubleArray(env, field2points); + auto pointObservationsVec = convertJDoubleArray(env, pointObservations); + + constrained_solvepnp::CameraCalibration cameraCal_{ + cameraCalVec[0], + cameraCalVec[1], + cameraCalVec[2], + cameraCalVec[3], + }; + Eigen::Map> robot2cameraMat( + robot2cameraVec.data()); + Eigen::Map> xGuessMat(xGuessVec.data()); + Eigen::Map> + field2pointsMat(field2pointsVec.data(), 4, field2pointsVec.size() / 4); + Eigen::Map> + pointObservationsMat(pointObservationsVec.data(), 2, + pointObservationsVec.size() / 2); + +#if 0 + fmt::println("======================================================"); + fmt::println("Got robot2camera raw {}", robot2cameraVec); + fmt::println("Camera cal {} {} {} {}", cameraCal_.fx, cameraCal_.fy, + cameraCal_.cx, cameraCal_.cy); + fmt::println("{} tags", nTags); + std::cout << "robot2camera:\n" << robot2cameraMat << std::endl; + std::cout << "x guess:\n" << xGuessMat << std::endl; + std::cout << "field2pt:\n" << field2pointsMat << std::endl; + std::cout << "observations:\n" << pointObservationsMat << std::endl; +#endif + + wpi::expected + result = constrained_solvepnp::do_optimization( + headingFree, nTags, cameraCal_, robot2cameraMat, xGuessMat, + field2pointsMat, pointObservationsMat, gyro_θ, gyro_error_scale_fac); + + if (result) { + std::vector resultVec{result->data(), + result->data() + result->size()}; + return createJDoubleArray(env, resultVec); + } else { + return nullptr; + } +} +} // extern "C" diff --git a/photon-targeting/src/test/java/ConstrainedSolvepnpTest.java b/photon-targeting/src/test/java/ConstrainedSolvepnpTest.java new file mode 100644 index 0000000000..fd7c1f1eb1 --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/test/java/ConstrainedSolvepnpTest.java @@ -0,0 +1,105 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertNotNull; +import static org.junit.jupiter.api.Assertions.fail; + +import edu.wpi.first.hal.HAL; +import edu.wpi.first.math.MatBuilder; +import edu.wpi.first.math.Nat; +import java.io.IOException; +import java.util.Arrays; +import org.junit.jupiter.api.AfterAll; +import org.junit.jupiter.api.BeforeAll; +import org.junit.jupiter.api.Test; +import org.photonvision.jni.ConstrainedSolvepnpJni; +import org.photonvision.jni.PhotonTargetingJniLoader; +import org.photonvision.jni.WpilibLoader; + +public class ConstrainedSolvepnpTest { + @BeforeAll + public static void load_wpilib() throws UnsatisfiedLinkError, IOException { + if (!WpilibLoader.loadLibraries()) { + fail(); + } + if (!PhotonTargetingJniLoader.load()) { + fail(); + } + + HAL.initialize(1000, 0); + } + + @AfterAll + public static void teardown() { + HAL.shutdown(); + } + + @Test + public void smoketest() { + double[] cameraCal = + new double[] { + 600, 600, 300, 150, + }; + + var field2points = + MatBuilder.fill( + Nat.N4(), + Nat.N4(), + 2.5, + 0 - 0.08255, + 0.5 - 0.08255, + 1, + 2.5, + 0 - 0.08255, + 0.5 + 0.08255, + 1, + 2.5, + 0 + 0.08255, + 0.5 + 0.08255, + 1, + 2.5, + 0 + 0.08255, + 0.5 - 0.08255, + 1) + .transpose(); + + var point_observations = + MatBuilder.fill(Nat.N4(), Nat.N2(), 333, -17, 333, -83, 267, -83, 267, -17).transpose(); + + // Camera with +x in world -y, +y in world -z, and +z in world +x + // (IE, camera pointing straight along the +X axis facing forwards) + var robot2camera = + MatBuilder.fill(Nat.N4(), Nat.N4(), 0, 0, 1, 0, -1, 0, 0, 0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 1); + + // Initial guess for optimization + double[] x_guess = new double[] {0.2, 0.1, -.05}; + + var ret = + ConstrainedSolvepnpJni.do_optimization( + true, + 1, + cameraCal, + robot2camera.getData(), + x_guess, + field2points.getData(), + point_observations.getData(), + 0, + 0); + assertNotNull(ret); + System.out.println(Arrays.toString(ret)); + } +} diff --git a/photon-targeting/src/test/native/cpp/CasadiWrapperTest.cpp b/photon-targeting/src/test/native/cpp/CasadiWrapperTest.cpp new file mode 100644 index 0000000000..c2abe0f14a --- /dev/null +++ b/photon-targeting/src/test/native/cpp/CasadiWrapperTest.cpp @@ -0,0 +1,183 @@ +/* + * Copyright (C) Photon Vision. + * + * 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 3 of the License, or + * (at your option) any later version. + * + * This program is distributed in the hope that it will be useful, + * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of + * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the + * GNU General Public License for more details. + * + * You should have received a copy of the GNU General Public License + * along with this program. If not, see . + */ + +#include + +#include +#include +#include +#include + +#include + +#include "photon/constrained_solvepnp/wrap/casadi_wrapper.h" + +#define TAG_COUNT 6 +#if TAG_COUNT < 1 +#error TAG_COUNT cannot be less than 1! +#endif + +using casadi_real = double; + +void print_cost(casadi_real robot_x, casadi_real robot_y, + casadi_real robot_theta) { + casadi_real fx = 600; + casadi_real fy = 600; + casadi_real cx = 300; + casadi_real cy = 150; + + constexpr int NUM_LANDMARKS = 4 * TAG_COUNT; + + // Note that casadi is column major, apparently + Eigen::Matrix robot2camera; + // clang-format off + robot2camera << + 0, 0, 1, 0, + -1, 0, 0, 0, + 0, -1, 0, 0, + 0, 0, 0, 1; + // clang-format on + + Eigen::Matrix field2points_; + // clang-format off + field2points_ << + #if TAG_COUNT > 7 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 6 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 5 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 4 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 3 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 2 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + #if TAG_COUNT > 1 + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + #endif + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1, + 2.5, 0 - 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 + 0.08255, 1, + 2.5, 0 + 0.08255, 0.5 - 0.08255, 1; + // clang-format on + Eigen::Matrix field2points = + field2points_.transpose(); + + Eigen::Matrix + point_observations_; + // clang-format off + point_observations_ << + #if TAG_COUNT > 7 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 6 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 5 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 4 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 3 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 2 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + #if TAG_COUNT > 1 + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17, + #endif + 333, -17, + 333, -83, + 267, -83, + 267, -17; + // clang-format on + Eigen::Matrix + point_observations = point_observations_.transpose(); + + Eigen::Vector3d x_guess; + x_guess << robot_x, robot_y, robot_theta; + + for (int i = 0; i < 10; i++) { + auto start = wpi::Now(); + auto x_out = constrained_solvepnp::do_optimization( + true, TAG_COUNT, + constrained_solvepnp::CameraCalibration{fx, fy, cx, cy}, robot2camera, + x_guess, field2points, point_observations, 0, 0); + auto end = wpi::Now(); + + std::cout << "iter " + << i + // << "\nGuess:\n" << x_guess << "\n Optimized ->\n" + // << std::endl << + // x_out.value_or(constrained_solvepnp::RobotStateMat::Zero()) + << "\nSucceeded? " << static_cast(x_out) << "\nIn " + << (end - start) << "uS" << std::endl; + } +} + +TEST(CasadiWrapperTest, smoketest) { print_cost(0.1, 0.1, 0.0); } diff --git a/scripts/casadi_generate_tag_costs.py b/scripts/casadi_generate_tag_costs.py new file mode 100755 index 0000000000..b8af31b85d --- /dev/null +++ b/scripts/casadi_generate_tag_costs.py @@ -0,0 +1,177 @@ +#!/usr/bin/env python3 + +from pathlib import Path + +import casadi as ca +from casadi import * +from numpy import * + + +def generate_costs(num_tags, robot_heading_free): + + # Camera calibration parameters + fx = ca.SX.sym("fx") + fy = ca.SX.sym("fy") + cx = ca.SX.sym("cx") + cy = ca.SX.sym("cy") + + # Decision variables + robot_x = ca.SX.sym("robot_x") + robot_y = ca.SX.sym("robot_y") + robot_z = 0 # Fixed at 0 + robot_θ = ca.SX.sym("robot_θ") + + # External gyro measurement - potentially unused + gyro_θ = ca.SX.sym("gyro_θ") + gyro_error_scale_fac = ca.SX.sym("gyro_r") + + # Precompute trigonometric functions + sinθ = ca.sin(robot_θ) + cosθ = ca.cos(robot_θ) + + # Transformation matrices + field2robot = ca.vertcat( + ca.horzcat(cosθ, -sinθ, 0, robot_x), + ca.horzcat(sinθ, cosθ, 0, robot_y), + ca.horzcat(0, 0, 1, robot_z), + ca.horzcat(0, 0, 0, 1), + ) + + robot2camera = ca.SX.sym("robot2camera", 4, 4) + + field2camera = field2robot @ robot2camera + + # 4 corners per tag + NUM_LANDMARKS = 4 * num_tags + + # Points in the field (homogeneous coordinates). Rows are [x, y, z, 1] + field2points = ca.SX.sym("field2landmark", 4, NUM_LANDMARKS) + + # Observed points in the image + point_observations = ca.SX.sym("observations_px", 2, NUM_LANDMARKS) + + # landmarks in camera frame + camera2field = ca.inv(field2camera) + camera2point = camera2field @ field2points + + # Camera frame coordinates + x = camera2point[0, :] + y = camera2point[1, :] + z = camera2point[2, :] + + # Observed coordinates + u_observed = point_observations[0, :] + v_observed = point_observations[1, :] + + # Project to image plane + X = x / z + Y = y / z + + u = fx * X + cx + v = fy * Y + cy + + # Reprojection error + u_err = u - u_observed + v_err = v - v_observed + + # Frobenius norm - sqrt(sum squared of each component). Square to remove sqrt + J = ca.norm_fro(u_err) ** 2 + ca.norm_fro(v_err) ** 2 + + # And penalize gyro error excursion + if not robot_heading_free: + J += gyro_error_scale_fac * ((gyro_θ - robot_θ) ** 2) + + x_vec = ca.vertcat(robot_x, robot_y, robot_θ) + + # Hessian + gradient + hess_J, _ = ca.hessian(J, x_vec) + grad_J = ca.gradient(J, x_vec) + + # Cost, plus grad and hessian of cost + func_base_name = f"J_{num_tags}_tags{'_heading_free' if robot_heading_free else '_heading_fixed'}" + func_inputs = [ + robot_x, + robot_y, + robot_θ, + fx, + fy, + cx, + cy, + robot2camera, + field2points, + point_observations, + gyro_θ, + gyro_error_scale_fac, + ] + func_input_names = [ + "robot_x", + "robot_y", + "robot_θ", + "fx", + "fy", + "cx", + "cy", + "robot2camera", + "field2points", + "point_observations", + "gyro_θ", + "gyro_error_scale_fac", + ] + + J_func = ca.Function( + f"calc_{func_base_name}", + func_inputs, + [J], + func_input_names, + ["J"], + ) + grad_func = ca.Function( + f"calc_grad{func_base_name}", + func_inputs, + [grad_J], + func_input_names, + ["grad_J"], + ) + hess_func = ca.Function( + f"calc_hess{func_base_name}", + func_inputs, + [hess_J], + func_input_names, + ["hess_J"], + ) + + cg = CodeGenerator( + f"constrained_solvepnp_{num_tags}_tags_{'free' if robot_heading_free else 'fixed'}", + { + "with_header": True, + "cpp": False, + }, + ) + + cg.add(J_func) + cg.add(grad_func) + cg.add(hess_func) + output_dir = str( + Path(__file__).parent.parent + / "photon-targeting" + / "src" + / "main" + / "native" + / "cpp" + / "photon" + / "constrained_solvepnp" + / "generate" + ) + if not os.path.exists(output_dir): + os.makedirs(output_dir) + + cg.generate(output_dir + os.path.sep) + + return J, grad_J, hess_J + + +if __name__ == "__main__": + for i in range(1, 11): + for j in [True, False]: + print(f"{i} tags, {j}") + generate_costs(i, j) From 311846dc26854519a6c6f882c9029799d524c7bf Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Owen Busler Date: Wed, 19 Feb 2025 10:19:54 -0500 Subject: [PATCH 4/5] Update camera calibration docs to add calib.io targets note (#1732) --- docs/source/docs/calibration/calibration.md | 4 ++++ 1 file changed, 4 insertions(+) diff --git a/docs/source/docs/calibration/calibration.md b/docs/source/docs/calibration/calibration.md index d280d38d26..2fec201160 100644 --- a/docs/source/docs/calibration/calibration.md +++ b/docs/source/docs/calibration/calibration.md @@ -51,6 +51,10 @@ We'll next select a resolution to calibrate and populate our pattern spacing, ma :::{warning} Old OpenCV Pattern selector. This should be used in the case that the calibration image is generated from a version of OpenCV before version 4.6.0. This would include targets created by calib.io. If this selector is not set correctly the calibration will be completely invalid. For more info view [this GitHub issue](https://github.com/opencv/opencv_contrib/issues/3291). ::: +:::{note} +If you have a [calib.io](https://calib.io/) CharuCo Target you will have to enter the paramaters of your target. For example if your taget says "9x12 | Chceker Size: 30 mm | Marker Size: 22 mm | Dictionary: AruCo DICT 5x5", you would have to set the board type to Dict_5x5_1000, the pattern spacing to 1.1811 in (30 mm converted to inches), the marker size 0.866142 in (22 mm converted to inches), the board width to 12 and the board height to 9. If you chose the wrong tag family the baord wont be detected duting calibration. If you swap the width and height your calibration will have a very high error. +::: + ### 4. Take at calibration images from various angles. Now, we'll capture images of our board from various angles. It's important to check that the board overlay matches the board in your image. The further the overdrawn points are from the true position of the chessboard corners, the less accurate the final calibration will be. We'll want to capture enough images to cover the whole camera's FOV (with a minimum of 12). Once we've got our images, we'll click "Finish calibration" and wait for the calibration process to complete. If all goes well, the mean error and FOVs will be shown in the table on the right. The FOV should be close to the camera's specified FOV (usually found in a datasheet) usually within + or - 10 degrees. The mean error should also be low, usually less than 1 pixel. From 9589967808d26ac5fbe0dd4526239425e8794fdb Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Sam Freund Date: Wed, 19 Feb 2025 10:54:07 -0600 Subject: [PATCH 5/5] fix: docs updates for the different apriltag field layouts (#1787) --- docs/source/docs/apriltag-pipelines/multitag.md | 6 +++++- 1 file changed, 5 insertions(+), 1 deletion(-) diff --git a/docs/source/docs/apriltag-pipelines/multitag.md b/docs/source/docs/apriltag-pipelines/multitag.md index 40bb4178d0..f7ed78a9d4 100644 --- a/docs/source/docs/apriltag-pipelines/multitag.md +++ b/docs/source/docs/apriltag-pipelines/multitag.md @@ -6,6 +6,10 @@ PhotonVision can combine AprilTag detections from multiple simultaneously observ MultiTag requires an accurate field layout JSON to be uploaded! Differences between this layout and the tags' physical location will drive error in the estimated pose output. ::: +:::{warning} +For the 2025 Reefscape Season, there are two different field layouts. The first is the [welded field layout](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/blob/main/apriltag/src/main/native/resources/edu/wpi/first/apriltag/2025-reefscape-welded.json), which photonvision ships with. The second is the [Andymark field layout](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/blob/main/apriltag/src/main/native/resources/edu/wpi/first/apriltag/2025-reefscape-andymark.json). It is very important to ensure that you use the correct field layout, both in the [PhotonPoseEstimator](https://docs.photonvision.org/en/latest/docs/programming/photonlib/robot-pose-estimator.html#apriltags-and-photonposeestimator) and on the [coprocessor](https://docs.photonvision.org/en/latest/docs/apriltag-pipelines/multitag.html#updating-the-field-layout). +::: + ## Enabling MultiTag Ensure that your camera is calibrated and 3D mode is enabled. Navigate to the Output tab and enable "Do Multi-Target Estimation". This enables MultiTag to use the uploaded field layout JSON to calculate your camera's pose in the field. This 3D transform will be shown as an additional table in the "targets" tab, along with the IDs of AprilTags used to compute this transform. @@ -51,7 +55,7 @@ The returned field to camera transform is a transform from the fixed field origi ## Updating the Field Layout -PhotonVision ships by default with the [2025 field layout JSON](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/blob/main/apriltag/src/main/native/resources/edu/wpi/first/apriltag/2025-reefscape.json). The layout can be inspected by navigating to the settings tab and scrolling down to the "AprilTag Field Layout" card, as shown below. +PhotonVision ships by default with the [2025 welded field layout JSON](https://github.com/wpilibsuite/allwpilib/blob/main/apriltag/src/main/native/resources/edu/wpi/first/apriltag/2025-reefscape-welded.json). The layout can be inspected by navigating to the settings tab and scrolling down to the "AprilTag Field Layout" card, as shown below. ```{image} images/field-layout.png :alt: The currently saved field layout in the Photon UI