Информационные устройства роботов (1088970), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Такой фильтр называетсявосьмисвязанным (см. рис 3).Рис.3Также может использоваться фильтр, значение яркости среднего элемента которого зависит от яркостей 4окружающих его элементов. Этот фильтр носит название четырехсвязанного. На рис.4 изображен принципчетырехсвязанности.Рис.4Медианная фильтрацияПодавление изолированных помех с минимальным размыванием контраста обеспечивается за счетдвухмерной медианной фильтрации. Это нелинейный метод обработки изображений, позволяющий убратьрезкие выбросы.Одномерный медианный фильтр представляет собой скользящую строку, охватывающуе нечетное числоэлементов изображения. Центральный элемент заменяется медианой всех элементов изображения в окне.Медианой последовательности a1, a2,…, aN для нечетного N является тот ее элемент, для которогосуществуют (N-1)/2 меньших или равных ему по величине и (N-1)/2 больших или равных. Например, если вокно размером 5 попали элементы 1,1,7,3,4, то центральный элемент (7) необходимо заменить на медиану 3.Принцип действия одномерного медианного фильтра поясняется на рис 5.Рис.5По горизонтали отложена координата точки, по вертикали – значение её яркости.

Получается двумерныйпрофиль. Для фильтруемой точки берутся значения ее соседей и заносятся в таблицу. Затем находятмедиану. Значение яркости текущего пиксела меняется на значение медианы.Таким образом, если в точке был выброс, то она не попадает в отфильтрованное изображение. Ступеньки жеостаются без изменения. Если сравнить усреднение и медианную фильтрацию, то легко заметить различия вконечных результатах.Двумерный медианный фильтр, который представляет собой окно, обладает большим размывающимдействием, чем одномерный.

Нежелательное размывание контраста можно частично преодолеть, подбираяформу окна.Известно, что фильтр с квадратным окном приводит к разрушению углов изображения. Крестообразныйфильтр не имеет таких негативных проявлений.Нахождение признаков изображения объектаВ предыдущих лабораторных работах Вы познакомились с такими предварительными этапами обработкиизображения, как фильтрация и оконтуривание.В данной лабораторной работе переходим к одному из основных этапов обработки изображений –выделение характреристических признаков объекта.За характеристические признаки объекта обычно принимают величины углов фигуры и длины их сторон(для многогранников) и значения радиуса для дуг окружностей.Для деталей сложной формы, имеющих технологические отверстия, характерными признаками такжеявляются расстояния от центра отверстий до некоторых углов детали.Вообще, могут учитываться такие параметры объектов, как периметр и площадь.Существуют несколько различных методов поиска характеристических признаков объекта.

В данной работев качестве признаков изображения объекта, заданного в форме многоугольника, используются его углы истороны. Для поиска углов используется метод «пересекающихся прямых».В основу данного метода положен контроль изменения угла между двумя смежными линиями,движущимися по контуру фигуры. На рис.1 приведена иллюстрация этой идеи.Рис.1Две линии соединены между собой в центральной точке CenterPos и движутся по контуру фигуры, причемвсе три точки 1, CenterPos и 2 всегда лежат на контуре фигуры.Отрезки должны двигаться по часовой стрелке по контуру. Поэтому возникла задача обеспечения движениявсех трех точек 1, CenterPos и 2 одновременно в одну сторону.

Это значит, что перед началом движенияотрезков необходимо найти на контуре пикселы, смежные с точками 1, CenterPos и 2, движение по которымприведет к разнонаправленному перемещению линий (назовем их «запрещенными»), и запретить движениеотрезков по ним. Этим самым обеспечивается однонаправленность движения отрезков. В процесседвижения по контуру на каждом шаге ведется просчет угла А между двумя отрезками. При этомнаблюдается закономерность: при приближении отрезков к углу фигуры угол между отрезками начинаетуменьшаться, а после прохода угла фигуры – увеличивается.

На прямых сторонах фигуры угол A остаетсяотносительно стабильным и приближается к 180 градусам.Таким образом, по изменению угла А можно зафиксировать наличие угла на контуре. Угол будетзафиксирован, когда значение А будет иметь минимальное значение.Угол A вычисляется по формуле:A X 1C  Y 1C  X 2C  Y 2C  X 12  Y 12  arccos 2(X1CY1C)(X2CY2C)180где:X1, Y1 – координаты конца отрезка 1 по осям x и y соответственно;X 1C  ( X 1  CenterPosX ) 2 ;Y 1C  (Y 1  CenterPosY ) 2 ;X 2C  ( X 2  CenterPosX ) 2 ;Y 2C  (Y 2  CenterPosY ) 2 ;X 12  ( X 1  X 2) 2 ;Y 12  (Y 1  Y 2) 2 ;X2, Y2 – координаты конца отрезка 2 по осям x и y соответственно;CenterPosX, CenterPosY – координаты точки CenterPos по осям x и y соответственно.Необходимо отметить, что контуры объектов зачастую имеют неровный характер. Поэтому необходимоввести порог изменения угла для предотвращения нахождения ложных углов контура объекта.Если порог меньше определенного значения, то угол не фиксируется.В данной работе осуществляется нахождение характеристических признаков типа «линия» и «угол» длямногоугольников.

Найденные значения признаков выводятся на экран.3. Способы получения стереоскопического изображения.При необходимости получения глубины изображения используют стереоизображение.Стереоизображение включает два отдельных вида изображаемого объекта (рис. 25.2), напримерпространственной точки w.Рисунок 25.2. Схема получения стереоизображенияРасстояние между центрами двух линз называется базовой линией.

Требуется определить координаты(X, Y, Z) точки w, заданной точками ее изображения x1 , y1  и x2 , y2  . Предполагается, что камерыидентичны и системы координат обеих камер полностью совпадают, отличаясь только расположением ихначал.Допустим, что первая камера совмещена с декартовой системой координат(рис. 25.3).Рисунок. Вид сверху на рис. 25.2 при совмещении первой камерыс декартовой системой координатТогда точка w лежит на линии с координатами:X1 x1  Z 1  ,(25-1)где индексы у X и Z обозначают, что к началу декартовой системы координат передвинута первая камера, авторая камера и точка w также переместятся в этой системе. При этом сохраняется относительноерасположение элементов системы, показанное на рис. 25.1.

Если вместо этого к началу декартовой системыкоординат передвинута вторая камера, то точка w лежит на линии с координатами:x(25-2)X 2  2   Z 2  .Однако благодаря наличию расстояния между камерами и тому, что координаты Z точки w одинаковыв обеих системах координат камер, имеем:X 2  X1  B(25-3)и(25-4)Z 2  Z1  Z ,где В –базовая линия.Подставляя уравнения (25-3) и (25-4) в уравнения (25-1) и (25-2), получим:X1  B иX1 x1x2  Z   Z  .(25-5)(25-6)Вычитая уравнение (25-6) из уравнения (25-5) и решая его относительно Z, получим:Z Bx2  x1.(25-7)Отсюда видно, что координата Z точки w легко вычисляется при известной разности междусоответствующими координатамирасстояния.x2иx1изображения, а также значений базовой линии и фокусного4.

Бесконтактные датчики для измерения расстояния и скорости,применяемые в системах очувствления мобильных роботов.Датчики измерения в дальней зонеНазначение – определение расстояния от точки отсчета до объекта в рабочем диапазоне измерений.Датчики измерения в дальней зоне используются для навигации робота и обхода препятствий, когдатребуется оценить расстояние до ближайших объектов или определить местоположение и форму объектов врабочем пространстве робота.ТриангуляцияОдним из простейших методов измерения в дальней зоне является метод триангуляции (рис. 20.1).Объект освещают узким пучком света, направленным на его поверхность.Движение пучка света в плоскости определяется линией от объекта до приемника света и линией отприемника до источника света.

Если пятно света на поверхности объекта достаточно мало, расстояние D доосвещенного участка поверхности может быть вычислено из геометрических соотношений, представленныхна рис. 20.1. Этот метод реализует точечное измерение. Если система «источник-приемник» движется вфиксированной плоскости, то в этом случае можно получить группу точек, расстояния которых доприемника известны. Эти расстояния легко перенести в трехмерную систему координат путемсканирования.Рисунок 20.1. Измерение расстояние триангуляционным методомМетод подсветкиДанный метод состоитгруппу объектов ипотока для вычисленияв проецировании светового потока наиспользовании изменения формырасстояния (рис.

20.2).Рисунок20.2. Измерение расстояний методом подсветкиСветовая полоса, пересекающая группу предметов, формируется в виде плоского пучка света спомощью цилиндрических линз. Пересечение светового потока с объектами в рабочем пространствефиксируется телевизионной камерой, помещенной на расстоянии В от источника света. Такая ситуациялегко анализируется компьютером при определении расстояния. Например, отклонение пучков светауказывает на изменение поверхности, а разрыв соответствует промежутку между поверхностями.Измерение расстояния по времени прохождения сигналаРассмотрим три метода измерения расстояния, основанные на определении времени прохождениясигнала между объектом и приемником.

Два из них – лазерные, один – ультразвуковой.Первый метод – измеряется время, в течение которого посланный вдоль оси световой импульсвозвращается вдоль той же оси от отражающей поверхности. Расстояние до объекта определяется поформулеD  cT 2 , где Т – время прохождения сигнала и с – скорость света (0,3 м/нс). Частота отсчетадолжна быть 50 Гц для достижения точности измерения порядка  6,3 мм.Лазерные измерители дают двухмерный массив со значениями, пропорциональными расстоянию.Двухмерное сканирование выполняется путем отклонения лазерного луча вращающимся зеркалом. Рабочаязона этого устройства находится в пределах 1-4 метра, точность  2,5 мм.Во втором случае вместо импульсного светового сигнала используется непрерывный луч лазера иизмеряется задержка (т.е.

фазовый сдвиг) между посылаемыми и возвращенными лучами (рис. 21-1).Луч лазера с длиной волны  расщеплен на два луча. Один из них (опорный «луч отсчета») проходитрасстояние L к фазометру, а другой проходит расстояние D до отражающей поверхности. Общее расстояние,пройденное отраженным лучом, составляет D  L  2D . Фазовый сдвиг между двумя лучами в точкеизмерения (рис. 21.1,б) возникает в случае, если отраженный луч проходит путь больший, чем исходящий. Вэтом случае имеем:D  L Так как360.(21-1)D  L  2D , подставив это значение в уравнение (21-1), получим:D  ,360  2 (21-2)что определяет расстояние через фазовый сдвиг, если известна длина волны (632,8 нм у гелий-неоновоголазера).

При такой малой длине волны метод, схема которого показана на рис. 21.1, нецелесообразноприменять в робототехнике из-за сложности определения малых фазовых смещений.Наиболее приемлемым решением является амплитудное модулирование лазерного луча волной сгораздо большей длиной, например, 30 метров (f=10 МГц) (рис. 21.2).

Характеристики

Список файлов учебной работы