Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Для распознаваемого лица с вектором признаков Ъ~„вычисляются эвклидовы расстояния г„, в 14-мерном пространстве признаков (и = 14) от точки, заданной вектором У„, до соответствующих точек каждого образа У,„: 322 6.7. Распознавание изображеиил где т = 1, 2, ..., М, М вЂ” число образов в базе данных.
Рис. б.24. Иллюстрация принципа распознавания а — маски всрифицирусмо~ о лица; б — результат сравнения После этого определяются наиболее похожие образы, т. е. образы, для которых г равно минимальному значению из всех возможных (рис. б.24). В результате верификации принимается решение об идентичности сравниваемых лиц. Лица считаются идентичными при условии„что г„„,в;„< е, где е— заранее заданная величина (порог сравнения). На рисунке отмечены различия при распознавании представленного лица (см. рис.
6.24, а) и некоторого образа из базы данных (см, рис. 6.24, 6), б.7.2. Особенности получении трехмерного изображения Анализу трехмерных сцен в настоящее время уделяется значительное внимание. Созданные алгоритмы распознавания в большинстве случаев от!::.. носятся к различным частным задачам, тогда как универсальных описаний пока не получено. СТЗ, как правило„ограничиваются анализом плоских изображений. Для надежного распознавания типовых объектов промышленного назначения этого достаточно, однако возникает необходимость надлежащей ориентации объектов в поле зрения телекамеры.
Типичным решением является обеспечение ортогональности оптической оси телекамеры и рабочей сцены. Кроме того, в поле зрения должна оказаться именно та поверхность объекта, которая использовалась на этапе описания при формировании признаков объекта, Все эти ограничения выполнимы в случае детерминированной рабочей сцены„когда существует возможность ее некоторого упорядочивания. В более сложных задачах все же приходится учитывать трехмерность рабочей сцены. В СТЗ под трехиерным понимают изображение, содержащее информа;:::.
цию о трех геометрических измерениях объекта. Трехмерное изображение 323 может быть получено с помощью двух телекамер или с помощью специальных приемов. При использовании двух телекамер каждая из них обрабатывает свой плоский 2Р-образ. Бели известна ориентация каждой телекамеры и расстояние ~„между ними (рис. 6.25), всегда можно восстановить третью координату объекта (ось у направлена перпендикулярно плоскости рисунка). Метод ЗО был предложен Д. Дженнери в конце 70-х годов ХХ в. для дистанционного управления мобильным роботом.
Действительно, зная положения изображений точек объекта в телекамерах 1 и 2 (см. рис. 6.25), а также расстояние 1 между ними, можно определить расстояние 1 от любой точки объекта до плоскости изображений телекамер, а следовательно, координаты ~; всех точек поверхности объекта и его рельеф. Рассмотрим это подробнее, Пусть имеются две одинаковые телекамеры с фокусным расстоянием Г, а координаты некоторой точки О объекта равны хр, у~», 20. Определим координату ~о в функции координат изображения этой гочки.
Проекции точки О на плоскость изображений каждой телекамеры будут соответственно О~~х~, у|) и О2~х2, у2) ~ем. рис. 6.25). Третья координата изображения объекта для обеих телекамср одинакова (~~ = ~2). Тогда, например, для телекамеры 7 будем иметь х1 /Г = — х~о 4~Π— Г); у~ И = — у1О /~~о — Г). Рис. б.25. Определение третьей координаты объекта с помощью двух телекамер: 1, 2 — телекамеры; 3 — объект Следовательно, используя обе телекамеры, координату ц» этой точки можно определить в системе координат каждой из телекамер. Так,, в системс координат первой телекамеры х~,» -— х,~à — го)И, второй— х2г» = х2~à — ~о)Л.
Учитывая, что расстояние между системами координат ~~л~ка~ер по оси х с~с~~~~~ет ~„,получаем -х~о+х20 — — 1,. Рещив эти уравненияотносительно го, находим 6. 7. Распознавание изображенин ~о — — Ц1 — 1„~(х~~ — х~ ) !. Таким образом„в СТЗ с двумя телекамерами, находящимися на известном расстоянии между собой, координату ~,э объекта можно вычислить по известным координатам объекта и изображения. Несмотря на кажущуюся простоту, этот метод недостаточно точен. Основная трудность заключается в идентификации каждой точки объекта по его двум. плоским образам, особенно в случае нечетких изображений.
Восстановление рельефа возможно только для достаточно кснпрастных изображений и при условии, что расстояние между телекамерами ~, <<1 .Метод Зо более эффективен в системах телеуправления, когда информация с двух телекамер подается на монитор оператора в режиме чересстрочной развертки. Оператор воспринимает изображения через стерсоочки, которые формируют бинокулярный эффект; при этом каждый канал связан со своим полем развертки видеосигнала, например нечетный полукадр развертки образует видеосигнал с левой телекамеры, а четный — с правой.
Такие очки используются в системе управления мобильным роботом, разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Еще один распространенный способ получения «псевдотрехмерных» изображений требует только одного телевизионного датчика и связан с применением структурированной подсветки (рис. 6.26). В частности, его используют в лазерных 30-сканерах.
Объект освещается от проектора через матрицу-транспарант с периодической системой полос, а изображение воспринимается камерой, расположенной под некоторым параллаксным углом к оси проектора. Зная шаг полос транспаранта, а также взаимное положение камеры и проектора, можно восстановить форму объекта. Полученное изображение объекта в виде бинарных искривленных линий можно интерпретировать как результат фазовой пространственной модуляции оптического сигнала. Дсйствитсльно, если псриодичсскую сетку, спроецированную на плоский экран, считать несущим сигналом, то любая неплоская поверхность вносит фазовую модуляцию в этот сигнал,:причем закон модуляции линейно связан с профилем поверхности в направлении оптической оси камеры.
Данный способ позволяет также восстановить третью координату объекта (см. рис. 6.26, а). Пусть ~х., — шаг полос транспаранта вдоль оси хт, а р — паралаксный угол. Тогда период полос, воспринимаемых телекамерой, при плоском изображении: 1„, =1 ./совр, Эти полосы образуют равномер- ную картину распределения яркости 3'„в телекамере; Если же изображение объемное, шаг этих полос будет уменьшаться в зонах наибольшего искривления рельефа (см. рис. 6,26, 6). Этому изображению соответствует иное распределение яркости У„б в телекамере.
Следовательно, на изображении для любой точки с координатами х„у„, принадлежащей ~-й линии транспаранта, можно восстановить третью координату ~„: 6. Системы технического зрения ~р ~~хк1р ~ЮР (хкр ~1хк~~~ЫР* где хкр — координата х для р-й точки ~-й полосы транспаранта, отображенной на телекамере. Рис.
б.26. Определение третьей координаты по плоскому изображению: а — получение псевдотрсхмерного изображения: б — трехмерная модель., ( — телекамера. 2 — проектор 3 — транспарант; 4, 5 — распределение яркости при плоской сцене и при наличии объекта', б — объект В заключение отметим, что в описанных подходах к анализу трехмерных сцен собственно обработка информации проводится на двухмерных образах. Третья координата используется, как правило, для вычисления дальности до объекта или при определении взаимного положения нескольких объектов сцены. Контрольные вопросы 1. Когда поверхность воспринимается разноцветной? 2.
В чем разница между кадром и полем? 3. Что такое цвсторазностныс сигналы? 4. Как получить черный цвет в модели В.ОВ? 5. Что такое чувствительность телекамеры, телекамеры какого типа обладают наивысшей чувствительностью? б. Как соотносятся пропускные способности каналов цифровой и аналоговой записи изображения? 7. Зависит ли разрсщакицая способность видикона и камеры на ПЗС от полосы частот сигнала изображения? 8. В чем разница между дискретизацией и квантованием видеосигнала? 9.
Применяется ли субдискретизация к полутоновым изображениям? 10. В чем сущность медианной фильтрации? 7. СИСТКМЫ ТАКТИЛЬНОГО ТИПА Во введении было отмечено, что тактильная чувствительность организма связана с проприорецепторами, которые вырабатывают сигналы в тот момент, когда происходят изменения статических и динамических силовых факторов в опорно-двигательном аппарате. Поэтому тактильная система человека тесно связана с его кинестстичсской системой. В робототехнике эти два вида рецепции принято разделять. При этом отдельно рассматривают тактильные датчики, служащие для определения вариаций давления на рабочих поверхностях исполнительного механизма, и силомоментную информационную систему, предназначенную для измерения динамических напряжений в сочленениях и захватном устройстве манипулятора.
Учитывая общность функций рассмотренных информационных средств, отнесем их к классу систем тактильного типа. Системы тактильного типа наиболее часто используют в задачах механической обработки и сборки, абразивной зачистки, шлифовки поверхностей, упаковке„разборе деталей из навала и т. д. Представляют интерес процессы контроля сил при обработке резанием и сборке деталей, при регулировании давления в гидравлических системах станочного и специального оборудования и во всех других случаях, когда необходимо обеспечить заданныс силовыс показатели.
7.1. Общие сведения Тактильная рецепция роботов в отличие от других сенсорных функций реализуется не локализованной в пространстве системой анализаторов, а большим количеством разнотипных датчиков, распределенных по всей поверхности исполнительного механизма. Обычно для силового (тактильного) очувствления манипулятора используют определенные зоны, расположенные либо на исполнительном механизме, т. е. на манипуляторе робота или его захватном устройстве (схвате), либо непосредственно на объекте работы (например, на опорах стола, на котором установлена деталь). В соответствии с этим будем рассматривать две структуры информационной системы: открытую (объект) и связанную (захватное устройство и манипулятор робота, рис.
7.1). На рисунке выделены шесть зон очувствления, а также обозначены следующие силовые факторы; Г„б и М,; —.. сила и момент, возникающие на объекте манипулирования и в ~-м шарнире манипулятора соот- 327 7, Системы тактильного типа ветственно; е„, вз — деформация губок захватного устройства и запястья соответственно; в„, пос†деформация плечевого сустава и основания манипулятора соответственно. во.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
