Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика) (1088974), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Простейший из таких приборов состоит из подпружиненного стержня(рис. 23.2), который механически связан с вращающейся осью.Рисунок 23.2. Типичный аналоговый тактильный датчикГоризонтальная сила, действующая на стержень, преобразуется в пропорциональный поворот оси. Этотповорот непрерывно измеряется с помощью потенциометра или кодовым устройством с дискретным выходом. При известной жесткости пружины сила соответствует указанному перемещению.Для увеличения объема информации о процессе взаимодействия робота с объектом на схвате роботаразмещают матрицы тактильных датчиков, параметры которых меняются в зависимости от давления («графитовые столбики») (рис. 23.3).Рисунок 23.3. Схват робота, оснащенный матрицами тактильных датчиковВ таких устройствах, обычно называемых «искусственной кожей», давление от объекта вызывает соответствующие деформации, которые измеряются как непрерывно меняющееся сопротивление.
Изменение91сопротивления легко преобразуется в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна силе,действующей на соответствующую точку поверхности матрицы.Рассмотренные тактильные датчики измеряют силы, перпендикулярные к чувствительной поверхностидатчика. Определение проскальзывания путем измерения тангенциального движения является другой важной задачей тактильного очувствления. Датчик для определения проскальзывания включает свободно вращающийся зубчатый шар, который отклоняет тонкий стержень, установленный на оси проводящего диска(рис. 23.4).
Под диском равномерно расположены электрические контакты. Вращение шара, вызванное проскальзыванием по нему объекта, приводит к вибрации стержня и диска с частотой, пропорциональной скорости вращения шара. От направления вращения зависит, какой контакт будет задействован вибрирующимдиском. Усредненное направление проскальзывания определяется по импульсам в соответствующих выходных электрических контурах.Рисунок 23.4. Устройство для определения величины и направления проскальзывания2. Системы технического зрения: структурная схема и принцип действия. Алгоритмы фильтрации изображения.Техническое зрение играет решающую роль в информационном обеспечении робота.
Зрение роботаможно определить как процесс выделения, идентификации и преобразования информации, полученной изтрехмерных изображений. Этот процесс, называемый техническим или машинным зрением, делится на 6основных этапов: 1) снятие информации; 2) предварительная обработка информации; 3) сегментация; 4)описание; 5) распознавание; 6) интерпретация.Снятие информации – процесс получения визуального изображения.Предварительная обработка информации заключается в использовании таких методов, как понижениешума или улучшение изображения отдельных деталей.Сегментация – процесс выделения на изображении интересующих объектов.Описание – определение главных параметров (размер, форма).Распознавание – процесс идентификации объектов (например, гаечного ключа, болта, шайбы и т.п.).Интерпретация – выявление принадлежности к группе распознаваемых объектов.Выделяют три уровня технического зрения: низкий, средний, высокий.Низкий уровень – процесс, являющийся простым с точки зрения осуществления автоматических действий, не трбующий наличия искусственного интеллекта.
К низкому уровню технического зрения относитсяснятие и предварительная обработка информации. Этот уровень охватывает процессы, начиная непосредственно от формирования изображения и кончая процессами компенсации (уменьшение шума, выделениепростейших параметров изображения, например, разрыва интенсивности).Средний уровень содержит процессы выделения, идентификации и разметки элементов изображения,полученного на нижнем уровне. К ним относится сегментация, описание и распознавание отдельных объектов.Высокий уровень содержит процессы, относящиеся к искусственному интеллекту. В то время, как алгоритмы, используемые на нижнем и среднем уровнях технического зрения, разработаны достаточно хорошо,знания о процессах высокого уровня еще недостаточны.
Это приводит к введению ограничений и предположений для уменьшения сложности задач.Техническое зрение отражает трехмерное пространство, используя его плоское изображение. Объемнуюинформацию получают с помощью специальных методов: метода структурного освещения и метода стереоизображения.СТЗ обладает достаточной универсальностью для решения спектра весьма сложных задач: таких как ориентирование в пространстве, обнаружение и распознавание статичных и подвижных объектов, оценка свойствсреды, организация визуальной обратной связи, и др.92СТЗ создаются таким образом, чтобы решить конкретную прикладную задачу с максимально возможнойобщей эффективностью.1. Восприятие изображения.2. Предобработка3.Сегментация4.Фильтрация5.РаспознаваниеСТЗСистемы распознавания образовСистемыраспознаванияизображенийСистемыраспознаваниясимволовФотограмметрическиесистемыСистемыпостроенияобъемногоизображенияпо плоскимСистемыкартографированияСистемы навигацииСистемыоценки расстояния дозаданнойцелиСистемыопределениясобственного относитель-ногоположенияНаиболее распространенные типы СТЗСегментация изобр.- процесс разбиения изобр.
На составные части, имеющие содержательный смысл: объекты, их границы, характерные геометрические особенности т.д.Обработка изображений отвечает за преобразование (фильтрацию) изображений.9394Алгоритмы фильтрации:1. Линейные алг.- каждый пиксел обработанного изображения получается линейной комбинацией нескольких пикселов исходного изображения.2.
Ранговые алг.- сортировка в порядке возрастания значения яркости, яркость отфильтрованного пикселаполучается на основе анализа этого упорядоченного списка.3. Локально-адаптивные алгоритмы.Общим недостатком многих фильтров явл. то, что структура обработки в них не зависит от свойств изображения. След-но возможно сглаживание полезных деталей, (границ, тонких линий и т.п.)Существуют методы адаптации к воздействию шумов различной природы (аддивных, импульсных, зависящих от сигнала).4.
Известны также алгоритмы экстремальной фильтрации, которые используют значения минимума и максимума в окрестности. Все эти алгоритмы можно рассматривать как частные случаи широкого класса ранговых алгоритмов.Преимуществом ранговых алгоритмов является их отличие от методов линейной фильтрации, они лишенытакого характерного недостатка как пространственная инерционность, которая заключается в том, что прииспользовании линейных фильтров влияние отдельных деталей изображения проявляется на результирующем изображении на расстоянии порядка размеров апертуры (маски) фильтра.Распознаванием называется процесс разметки, т.е.
алгоритмы распознавания идентифицируют каждый объект сцены.Алгоритм обработкивидеоизображенияЗахват одиночного кадравидеоизображенияПеревод 24-битного изображенияв 8-битное черно-белоеФильтрация от помехВыделение контуровВыделение характерныхпризнаков оконтуренногообъектаПоиск в базе данныхобъектов по характерным признакамВыдача результата поискаВозвратАлгоритм обработки видеоизображения95ВВОД ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЯВидеокамера – единственный информирующий элемент системы. Скорость захвата кадра видеоизображениядолжна быть достаточно высокой. Для среднестатистической системы нижний предел скорости составляет12 кадров в секунду (стандартный сигнал PAL имеет скорость развертки 25 кадров в секунду).Сглаживание шумов не должно исказить получаемые в информационной системе данные и не приводить кпотере информации на изображении.Максимальное сглаживание шумовой составляющей на изображении.Простейшая идея удаления шума – усреднять значения пикселей в пространственной окрестности.
Длякаждого пикселя анализируются соседние для него пиксели, которые располагаются в некотором прямоугольном окне вокруг этого пикселяначалоЦикл последовательногоперебора всех пикселейизображенияРасчет средней яркости пикселей, окружающих текущий (апертура 3х3 сучетом четырехсвязности либо восьмисвязности)Замена текущего пикселя вычисленным значением яркостивозвратРис. 2.1 Алгоритм сглаживающего фильтраАлгоритм функционирования простого медианного фильтра основан на нахождении медианы цифровогоокна и замены конкретной точки в окне на медиану окна96началоЦикл последовательногоперебора всех пикселейизображенияСортировка по возрастаниюпикселей, окружающих текущий(апертура в форме окна 3х3 либокреста 5х5)Замена текущего пикселя центральным из упорядоченной последовательностивозвратАлгоритм медианной фильтрации изображенийГауссовское размытие – это свертка изображения с функцией, где параметр s задаетстепень размытия, а параметр A обеспечивает нормировку.
Фактически, это то же усреднение, только пиксель смешивается с окружающими по определенному закону, заданному функцией Гаусса.Лекции Герасимова.Системы технического зрения относятся к числу самых мощных средств повышения функциональной гибкости роботизированного производства. С помощью СТЗ робот способен получить наиболее полную информацию о форме и окраске объектов, их количестве, местоположении и других свойствах. Благодаря СТЗроботы стали применяться в таких операциях, как контроль качества готовой продукции, учет и измерение.Несмотря на продолжающийся рост количества разнообразных применений систем технического зрения, воснове функционирования каждой отдельной системы лежит относительно небольшой набор типичныхсредств и методов.
В частности, в каждую систему неотъемлемой частью предварительной обработки изображения входит фильтрация.Необходимость фильтрации вызвана не всегда удовлетворительным для обработки качеством изображения.Если на вход системы распознавания будет подано изображение, содержащее помехи (шумы), то распознавание может быть существенно затруднено, а при большом количестве помех невозможно.За шум на изображении может приниматься его минимальный элемент (пиксел), цветовые характеристикикоторого значительно отличаются от характеристик соседних с ним элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
