Rope-Ladder Tracker — от идеи к стабильной системе⁠⁠

PS. Респект автору

Возврат квадрокоптера домой по оптическому потоку — без GPS, без MCU. Только камера и умная логика.

Этот проект реализует систему визуального возврата к стартовой точке для квадрокоптера с использованием камеры, направленной вниз. Вместо классического интегрирования оптического потока, применяется оригинальный алгоритм "верёвочной лестницы" (rope ladder), который позволяет надёжно возвращаться домой даже при дрейфе и шуме.

🚀 Зачем это нужно?

Традиционные системы:

GPS — не работают внутри помещений.
Оптический поток + инерциальная навигация — страдают от дрейфа.

Наше решение:

✅ Работает без GPS и внешних систем
✅ Устойчиво к дрейфу и шуму
✅ Обнаруживает возврат в стартовую точку
✅ Сохраняет относительное смещение для контроллера
✅ Реализовано на чистом OpenCV и Python

🔧 Как это работает?

🪜 Алгоритм "верёвочной лестницы"

Стартовая точка — фиксируется как первая.
При удалении от старта — добавляются новые "ступеньки" (контрольные кадры).
При возврате — система находит ближайшую ступень и обрезает историю после неё.
При возврате к старту — отправляется смещение (0, 0) → квадрокоптер останавливается.

💡 Это как спуск по верёвочной лестнице: вы можете вернуться на любую ступень.

📦 Вход и выход

Вход: видео с камеры (например, 640x480, 30 FPS).
Выход: файл offsets.json с полями: { "x": 45, "y": -30, "angle": 0.0 }

Где x, y — смещение в пикселях от текущей позиции до стартовой.

📝 Управление

Создайте файл tracking_enabled.flag с содержимым 1, чтобы включить запись в offsets.json.
Высоту можно задать в height.txt (в метрах), хотя в текущей версии она не используется (работа в пикселях).

🖼️ Пример работы

2025-07-30 09:52:50,117 [INFO] 🎯 ВОЗВРАТ В СТАРТ! (dist=3.7px)

2025-07-30 09:52:50,469 [INFO] 📊 25.4 FPS | dx=+0.000 | dy=+0.000 | WPs=7

🤝 Как использовать с контроллером

Другой скрипт (например, управляющий моторами) читает offsets.json и:

Если x=0, y=0 → квадрокоптер дома.
Иначе → корректирует положение по x, y.

📸 Требования к камере

Направлена вниз. Хорошее освещение. Текстурированная поверхность (не однородная). Рекомендуется: 640x480, 30 FPS.

📚 Будущее развитие

Поддержка поворота (через гистограммы или угол между точками).
Фильтрация смещений (EMA, Калман).
Визуализация траектории.
Интеграция с ROS2.
Работа с LiDAR вместо предполагаемой высоты.

Полный код — в репозитории:
👉 github.com/VohminV/rope-ladder-tracker