Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 57

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

Текст из файла (страница 57)

Каждый элемент системы называется элементом иэображения, элементом картинки или пикселом. В соответствии с рис. 7.3 можно отметить, что 1(0, 0) является пикселом начала коорди- 334 нат изображения, 1(0, 1) — правый от него пиксел и так далее. Обычно на практике величины )т!, М и число уровней дискретной интенсивности каждого квантованного пиксела задают в виде целых степеней числа 2, Для уяснения процессов дискретизации и квантования рассмотрим рис.

7.4. На рнс. 7.4,а приведено изображение, дискретизированное в систему пикселов размером Ф;зс,'Х с 7т!=5!2, при этом интенсивность каждого пиксела квантована по одному из 256 дискретных уровней. На рнс. 7.4, б — д показано то же изображение, но соответственно с 1т! = 256, 128, 64 и 32. Везде число уровней интенсивности равнялось 256. Поскольку площадь дисплея для каждого изображения была также одинаковой (5!2зс', 512 воспроизводящих точек), величина пикселов в изображении с меньшей разрешающей способностью удваивалась по сравнению с предыдущим изображением для того, чтобы заполнить все рабочее поле дисплея, В результате изображение принимает шахматную структуру, которая особенно заметна на картинках с низшей разрешающей способностью.

Можно ° ен" М'актера г?сюа то Рассеигсающа лоФижюсюо Геке кстоккик сосет т исю ее ил лиюироЗак Рслссккин коллилги,оооаккссс осе ла 7.3. МЕТОДЫ ОСВЕШЕНИЯ ,аеслалв и;ие кокос~о де юани лгеюало 337 ззб отметить, что качество изображения размером 256 Х 256 довольно близко к приведенному на рис.

7.4, а, в то время как для других значений оно резко снижается. Рис. 7.5 иллюстрирует эффект, появляющийся прп умеиьше. нии числа уровней интенсивности в случае постоянного пространственного разрешения 5!2 Х 512. Изображения с числом уровней 256, 128 и 64 достаточно качественны. Изображения с 32 уровнями уже несколько хуже особенно иа участках с близкими уровнями интенсивности, что происходит из-за использования слишком малого числа уровней интенсивности, представляющего каждый пиксел.

Это еше более заметно при появлении пересекающихся структур, называемых ложными контурами, на изображении с 16 уровнями. При меньшем числе уровней качество резко ухудшается. Степень дискретизации и число уровней интенсивности, необходимые для получения требуемого в системе воспроизведения изображения объекта, зависят от самого изображения и от вида его использования. Для сравнения можно указать, что для получения качественной черно-белой телевизионной картинки требуется 512 Х 512 пикселов со 128 уровнями интенсивности.

Как правило, универсальная система технического зрения должна иметь как минимум разрешающую способность порядка 256 гч Х 256 пикселов с 64 уровнями интенсивности. Освещение объектов служит важным фактором, который влияет на алгоритм получения изображения в целом. Произвольное освещение внешней среды часто не является удовлетворительным, так как оио может привести к пониженной контрастности изображения, к появлению бликов, теней н неинформативиых деталей.

Правильно организованная система освещения уменьшает сложность получаемого изображения при увеличении информации, требуемой для обнаружения и выделения объекта, На рис. 7.6 показаны четыре основные схемы, используемые для освещения рабочего пространства робота. Для объектов с гладкими поверхностями правильной формы можно применить метод рассеянного освещения (рис. 7.6,а). Такая схема освещения обычно используется в тех случаях, когда важными являются характеристики поверхности объекта (рис. 7,7), Теневое освещение !рис. 7 6, б) дает черно-белое (дискретное) изображение. Этот метод целесообразно применять при необходимости распознавания или измерения силуэтов объектов.

Пример такого случая показан на рис. 7.8. Метод структурного освещения (рис. 7.6, в) заключается в проецировании на рабочую поверхность световых точек, полос или решеток. Этот метод освещения имеет два важных преиму- гцества. Первое преимущество заключается в упрощении задачи нахождения объекта за счет подачи в рабочее пространство известного светового рисунка, по искажению которого определяется наличие объекта. Второе преимушество — возможность получения пространственных характеристик объекта по анализу формы искажений светового рисунка. Два примера реализации метода структурного освещения приведены на рис. 7.9.

В первом случае показан объект, освещенный параллельными плоскостями света, которые образуют световые полосы иа пересечении с Неробкое лоК~н ос ос о г Рнс 7,6. Четыре основные схемы освещения !2011. плоской поверхностью. Во втором случае производится проецирование двух световых плоскостей с разных направлений, но сходящихся на поверхности в одну полосу (рис. 7.!О, а). Камера линейного сканирования, размещенная над поверхностью и сфокусированная на полосе, при отсутствии объекта будет отображать непрерывную линию света. Эта линия прерывается любым объектом, пересекающим одновременно обе световые плоскости, Данный метод удобно использовать при движении объектов по ленте конвейера перед камерой.

Как показано на рис. 7.!О,б, Рис. 7.9. Два примера структурного освещения (250, 2031. Мста чнитс сади Рис. 7ЛО Вид сверху (а) на две световые плоскости, пересекающиеся на одной .линии. Объект (б] будет обнаружен камерой, только если он пересекает обе световые плоскости П21' Рис. 7.8. Пример теневого освещении. 339 338 Рис. 7.7. Пгнмер рассеянного освещения. л лтгьтьчлил сульта Сйюььал л,тьсльсюь У* = О 1 0 (7.4-2) Х' У' Х* ! 1 О 0 Х, О!ОУ, О О 1 Л 0 0 0 1 Х У Х ! (7.4-3) (7.4-4) ч' = Ач, 340 наличие двух источников света гарантирует попадание объекта в световую полосу, если она расположена прямо напротив камеры. Отметим, что камера линейного сканирования регистрирует только ту линию, на которой сходятся две световые плоскости, но при движении объекта относительно камеры может быть получена двумерная информация.

Метод направленного освещения (рис. 7.б,г) используется в основном для обследования объекта. Такие дефекты поверхности, как впадины и трещины, определяются с помощью точно Рис. 7.П. Пример направленного освещения 1201!. направленного светового луча (например, лазерного луча) путем измерения величины его рассеивания. Если поверхность без дефектов, то на камеру попадает небольшое количество света.

Если же на поверхности имеются дефекты, поток света в сторону камеры увеличивается и позволяет их выявить (рис. 7.11). 7.4. ГЕОМЕТРИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Ниже рассматриваются важные преооразования, используемые при получении изображения, математическая модель камеры и ряд аспектов задачи формирования стсреоизображения, Некоторые из этих преобразований уже были рассмотрены в гл. 2 в связи с кинематикой манипулятора робота. Здесь обсуждаются сходные проблемы, но с точки зрения получения изображения. 7.4.1.

Некоторые основные преобразования Дадим представления о таких задачах, как вращение, изменение масштаба и смещение (сдвиг) изображений. Все преобразования записываются в трехмерной декартовой системе координат, в которой координаты точки записываются как (Х, У, о). В случае двумерных изображений для обозначения координат пнксела используется сокращенная запись (х, у). В обычной терминологии выражение (Х, У, Л) представляет собой пространственные координаты точки. Смещение.

Предположим, что требуется сместить точку с координатами (Х, У, Х) в новое место, используя перемещения (Хе, Уо, Лю). Смещение легко выполняется по следующим формулам: Х'=Х+Хщ У*=У+У,, Х'=2+ Л,, где (Х*, У*, 7*) — координаты новой точки. Эти выражения мо- гут быть записаны в матричной форме Как показано ниже, для получения сложного изображения часто используется сочетание нескольких преобразований, таких, как смещение после изменения масштаба и вращения. Запись такого процесса существенно упрощается при применении квадратичных матриц. Соответственно уравнение (4.7.2) аапишется в следующем виде: Для параметров Х*, У* и Х' уравнения (7.4-2) и (7.4-3) полностью эквивалентны.

В этом разделе мы будем использовать выражение для объединенной матрицы где А — матрица преобразования размером 4 Х 4, ч — вектор- столбец, содержащий начальные координаты: Х (7.4-5) 1 а ч' — вектор-столбец, элементами которого являются преобрах зованные координаты: Х' у' тг' =, . (7.4-6) 1 С использованием этих выражений матрица, с помощью которой выполи няется смещение, запишется в виде 1 О О Х 01О У, 00! Хв к 0 0 0 ! Рис. 7Л2. Вращение точки относительно (7.4-7) осей координат.

Углы измеряются по часовой стрелке, если смотреть вдоль осей вра- а прОцеСС СмЕщЕния опщения на начаяо ноординат. ределяется уравнением (7.4.4), т. е, чк = Тч. Изменение масштаба. Масштабирование на коэффициенты 5„, Яя н 5, по осям Х, У и Х производится с помощью матрицы преобразования 8„0 0 0 О Зн 0 О 0 0 Я, 0 (7.4-8) 0 0 0 1 Вращение. Преобразования, используемые для осуществления трехмерного вращения, значительно сложнее других преобразований. Простейшим видом этих преобразований является вращение вокруг координатных осей. Для вращения заданной точки вокруг произвольной точки в пространстве требуется выполнить три преобразования.

Первое преобразование смещает произвольную точку в начало координат, второе — осуществляет вращение, а третье — возвращает точку в исходное положение. 342 В соответствии с рис. 7.12 вращение точки относительно координатной оси Х на угол 0 реализуется с помощью преобразования созо з(по 0 0 — по сооО О 0 0 1 0 (7.4-9). 0 0 0 1 Угол вращения 9 измеряется по часовой стрелке, если смотреть на начало координат из точки на оси +Х. Отметим, что это преобразование осуществляется только для координат Х и У, Вращение точки вокруг оси Х на угол и выполняется с помощью преобразования ! 0 0 0 0 созе з!и а 0 0 — з(па сова 0 0 0 0 1 (7.4-10й Наконец, вращение точки относительно оси У на угол !1 реализуется с помощью преобразования сов 5 0 — и!и и 0 0 1 0 0 з)п и 0 сов 8 0 0 0 0 ! (7.4-1 1й Взаимные и обратные преобразования. Реализация нескольких преобразований может быть представлена одной матрицей преобразования размерностью 4 к',4, Например, смешение, масштабирование и вращение точки ч относительно оси Х записываются в виде (7.4-12) ч" = йа (В (Тч)) = Ач 343 где А — матрица размерностью 4 Х 4: А = Кв8Т, Необходимо отметить, что эти матрицы обычно не переставляются, поэтому важен порядок пх применения.

Характеристики

Список файлов книги