Зрителни системи — как работят и как работят
Тъй като роботите не са живи организми като хората, те нямат очи и мозък и за да получат визуална информация, се нуждаят от специални технически сензорни устройства, наречени зрителни системи.
Визуалните системи позволяват роботи получават изображения на работни обекти и сцени, трансформират ги, обработват и интерпретират с помощта на набор от цифрови устройства, така че след това задвижващият механизъм на робота може, в съответствие с тези данни, да извърши адекватно работата.
В сравнение с много чувствителни системи, именно зрителните системи са способни да доставят до 90% визуална информация на робот, за да може той да функционира нормално. Така проблемът с внедряването на машинно зрение се решава на няколко стъпки: информацията се получава, обработва, след това се сегментира и описва, след което се разпознава и интерпретира.
Оригиналната информация, предоставена под формата на цифрово изображение, се обработва предварително, шумът се отстранява от него, подобрява се качеството на изображението на отделни елементи от сцена или обект. След това информацията се разделя на сегменти — сцената условно се разделя на части, които се разпознават като отделни елементи, всеки от които може да бъде разпознат, а след това обектите, които представляват интерес, се подчертават.
Избраните обекти се изследват чрез характерни параметри, които са описани с масиви информация, така че по -нататък е възможно да се избират необходимите обекти по параметри. Необходимите обекти са маркирани и идентифицирани с помощта на програмата. И накрая, идентифицираните обекти се интерпретират и маркират като принадлежащи към една или друга група разпознаваеми обекти, след което се установяват техните визуални образи.
В системата за техническо виждане информацията за изображението, с помощта на оптоелектронни преобразуватели и видео сензори, се представя под формата на електрически сигнали. Това по същество е първична трансформация. Обикновено изображението се чете с помощта на оптична камера, чувствителен елемент, сканиращо устройство, след което сигналът се усилва.
Така получената информация се обработва йерархично. Първо, изображението се обработва от видео процесори. Тук ключовият параметър е очертанието на изображението, което се задава от координатите на набора от точки, които го съставят. Освен това компютърът, който е част от системата, генерира управляващи сигнали за робота.
Видео сензорите са свързани към други части на зрителната система с помощта на специални кабели, като например оптични кабели, чрез които информацията се предава с висока честота и с минимални загуби.
Самите видео сензори могат да имат точкови, едномерни или двуизмерни сензорни елементи. Точкочувствителните елементи са способни да приемат видимо излъчване от малки части на обекта и за да се получи пълно растерно изображение, е необходимо да се сканира по равнината.
Едномерните сензори са по-сложни, те се състоят от линия от точкови елементи, които се движат спрямо обекта по време на сканиране. 2D елементите са по същество матрица от дискретни точкови елементи.
Оптичната система проектира изображение върху чувствителния елемент, като размерът на работната зона, покрита от сензора, се определя предварително. Оптичната система има обектив с регулируема бленда за регулиране на количеството входяща светлина и острота на фокуса при промяна на разстоянието от обектива до обекта.
Различни оптоелектронни устройства могат да действат като видео сензори, от твърдотелни преобразуватели до телевизионни камери, базирани на вакуумна тръба тип видикон. Основата на техническата визия е възприемането и предварителната обработка на информация от тези сензори, без да е необходимо да се прибягва до изкуствен интелект.
Това е най -ниското ниво на системата. Следва анализът, описанието и разпознаването — тук се използват съвременни компютри и сложен алгоритмичен софтуер — средното ниво. Най -високото ниво вече е изкуствен интелект.
Практически в промишлени роботи зрителните системи от първо поколение са широко разпространени, осигурявайки подходящо качество на работа с плоски изображения и предмети с прости форми. Те служат за разпознаване, сортиране и поставяне на части, за проверка на размерите на частите, сравняването им с чертеж и т.н.
Типично внедряване на система за визия изглежда така. Работната зона на робота, където се намират частите, е осветена с лампи. Над работната зона има наблюдателна подвижна телевизионна камера, от която видео информация се подава по кабела към основния блок на системата за техническо виждане.
От основното устройство информацията (в обработена форма) се подава към устройството за управление на робота. Устройството извършва сортиране на части, подреденото им опаковане в контейнери в строго съответствие с информацията, получена от софтуера на системата за техническо виждане.
Интелигентните и адаптивни роботи, които се разработват активно днес, на базата на системи от второ и трето поколение, са способни да работят с триизмерни изображения и по-сложни обекти, да правят по-точни измервания и да разпознават обектите по-внимателно и бързо.
Основното направление на научно -техническите изследвания днес е усъвършенстването на зрителните системи и софтуера и алгоритмичната им поддръжка, създаването на специални компютри, както и фундаментално нови зрителни системи, тъй като използването на роботика е все по -търсено и сферата на нейното индустриално внедряване непрекъснато се разширява.
Днес се разработват по -модерни чувствителни устройства за роботи, способни да предават възможно най -много външна информация на робота. Вече е ясно, че сложните сензори по принцип могат да възприемат сцени и изображения като цяло, което означава, че в бъдеще роботите ще могат самостоятелно да формират целенасочени действия в пространството на работната зона без допълнителни външни стимули.