Visuele systemen - hoe ze werken en hoe ze werken
Omdat robots geen levende organismen zijn zoals mensen, hebben ze geen ogen en hersenen, en om visuele informatie te ontvangen, hebben ze speciale technische sensorische apparaten nodig die visuele systemen worden genoemd.
Visuele systemen laten toe robots beelden van werkobjecten en scènes ontvangen, transformeren, verwerken en interpreteren met behulp van een set digitale apparaten, zodat de robotactuator vervolgens in overeenstemming met deze gegevens het werk adequaat kan uitvoeren.
In vergelijking met zeer gevoelige systemen zijn vision-systemen in staat om tot 90% visuele informatie aan een robot te leveren zodat deze normaal kan functioneren. Het probleem van het implementeren van machine vision wordt dus in verschillende stappen opgelost: informatie wordt ontvangen, verwerkt, vervolgens gesegmenteerd en beschreven, vervolgens herkend en geïnterpreteerd.
De originele informatie in de vorm van een digitaal beeld wordt voorbewerkt, ruis wordt verwijderd, de beeldkwaliteit van individuele elementen van een scène of object wordt verbeterd.De informatie wordt vervolgens gesegmenteerd - de scène wordt voorwaardelijk verdeeld in delen die worden herkend als afzonderlijke elementen, die elk kunnen worden herkend, en vervolgens worden de interessante objecten gemarkeerd.
De geselecteerde objecten worden onderzocht aan de hand van karakteristieke parameters, die worden beschreven met reeksen informatie, zodat het verder mogelijk is om de benodigde objecten te selecteren op basis van parameters. De benodigde objecten worden gemarkeerd en geïdentificeerd met behulp van het programma. Ten slotte worden de geïdentificeerde objecten geïnterpreteerd en gemarkeerd als behorend tot een of andere groep herkenbare objecten, waarna hun visuele beelden worden vastgesteld.
In het technische vision-systeem wordt de beeldinformatie met behulp van opto-elektronische converters en videosensoren gepresenteerd in de vorm van elektrische signalen. Dit is in wezen een primaire transformatie. Meestal wordt het beeld gelezen met behulp van een optische camera, een gevoelig element, een scanapparaat, waarna het signaal wordt versterkt.
De aldus verkregen informatie wordt hiërarchisch verwerkt. Eerst wordt het beeld verwerkt door videoprocessors. Hier is de belangrijkste parameter de omtrek van het beeld, die wordt bepaald door de coördinaten van de reeks punten waaruit het bestaat. Daarnaast genereert de computer die deel uitmaakt van het systeem besturingssignalen voor de robot.
Videosensoren zijn verbonden met andere delen van het vision-systeem met behulp van speciale kabels, zoals optische kabels, waardoor informatie met een hoge frequentie en met minimaal verlies wordt verzonden.
De videosensoren zelf kunnen punt-, eendimensionale of tweedimensionale detectie-elementen hebben.Puntgevoelige elementen zijn in staat om zichtbare straling van kleine delen van het object op te vangen en om een volledig rasterbeeld te verkrijgen, is het noodzakelijk langs het vlak te scannen.
Eendimensionale sensoren zijn complexer, ze bestaan uit een lijn van puntelementen die tijdens het scannen ten opzichte van het object bewegen. 2D-elementen zijn in wezen een matrix van afzonderlijke puntelementen.
Het optische systeem projecteert een beeld op het gevoelige element, waarbij vooraf de grootte van het door de sensor bestreken werkgebied wordt bepaald. Het optische systeem heeft een instelbare lensopening om de hoeveelheid binnenkomend licht en de focusscherpte aan te passen naarmate de afstand van de lens tot het onderwerp verandert.
Een verscheidenheid aan opto-elektronische apparaten kan fungeren als videosensoren, van solid-state transducers tot videocamera's op basis van vidicon-vacuümbuizen. De basis van technische visie is het waarnemen en voorbewerken van informatie uit deze sensoren, zonder dat een beroep moet worden gedaan op kunstmatige intelligentie.
Dit is het laagste niveau van het systeem. Daarna volgt de analyse, beschrijving en herkenning - hier wordt gebruik gemaakt van moderne computers en complexe algoritmische software - het middelste niveau. Het hoogste niveau is al kunstmatige intelligentie.
praktisch bij industriële robots Vision-systemen van de eerste generatie zijn wijdverbreid en bieden voldoende werkkwaliteit met platte afbeeldingen en objecten met eenvoudige vormen. Ze worden gebruikt om onderdelen te herkennen, te sorteren en te plaatsen, de afmetingen van onderdelen te controleren, ze te vergelijken met een tekening, enz.
Een typische implementatie van een vision-systeem ziet er als volgt uit. Het werkgebied van de robot, waar de onderdelen zich bevinden, wordt verlicht met lampen.Boven het werkgebied bevindt zich een observatie mobiele tv-camera, van waaruit video-informatie via een kabel naar de hoofdunit van het technische vision-systeem wordt geleid.
Vanuit de hoofdunit wordt de informatie (in bewerkte vorm) naar de robotbesturingsunit gevoerd. Het apparaat sorteert de onderdelen, hun ordelijke verpakking in containers in strikte overeenstemming met de informatie die wordt ontvangen van de software van het technische visiesysteem.
Intelligente en adaptieve robots die vandaag actief worden ontwikkeld, gebaseerd op systemen van de tweede en derde generatie, zijn in staat om met driedimensionale beelden en complexere objecten te werken, nauwkeurigere metingen te doen en objecten nauwkeuriger en sneller te herkennen.
De belangrijkste richting van wetenschappelijk en technisch onderzoek is tegenwoordig de verbetering van vision-systemen en software en hun algoritmische ondersteuning, het creëren van speciale computers, evenals fundamenteel nieuwe vision-systemen, aangezien er steeds meer vraag is naar het gebruik van robotica en het gebied van zijn industriële implementatie breidt zich voortdurend uit.
Tegenwoordig worden er meer geavanceerde gevoelige apparaten voor robots ontwikkeld, die in staat zijn om zoveel mogelijk externe informatie naar de robot over te brengen. Het is nu duidelijk dat complexe sensoren in principe scènes en beelden als één geheel kunnen waarnemen, waardoor robots in de toekomst zelfstandig doelgerichte acties kunnen vormen in de ruimte van het werkgebied zonder extra prikkels van buitenaf.