Οπτικά συστήματα — πώς λειτουργούν και πώς λειτουργούν

Δεδομένου ότι τα ρομπότ δεν είναι ζωντανοί οργανισμοί όπως οι άνθρωποι, δεν έχουν μάτια και εγκέφαλο και για να λαμβάνουν οπτικές πληροφορίες χρειάζονται ειδικές τεχνικές αισθητηριακές συσκευές που ονομάζονται οπτικά συστήματα.

Τα οπτικά συστήματα επιτρέπουν ρομπότ λήψη εικόνων αντικειμένων και σκηνών εργασίας, μετασχηματισμός, επεξεργασία και ερμηνεία τους χρησιμοποιώντας ένα σύνολο ψηφιακών συσκευών, έτσι ώστε ο ενεργοποιητής ρομπότ να μπορεί στη συνέχεια, σύμφωνα με αυτά τα δεδομένα, να εκτελέσει επαρκώς την εργασία.

Σε σύγκριση με πολύ ευαίσθητα συστήματα, τα συστήματα όρασης είναι αυτά που είναι ικανά να παρέχουν έως και 90% οπτικές πληροφορίες σε ένα ρομπότ για να λειτουργεί κανονικά. Έτσι, το πρόβλημα της υλοποίησης της μηχανικής όρασης επιλύεται σε διάφορα βήματα: οι πληροφορίες λαμβάνονται, επεξεργάζονται, στη συνέχεια τμηματοποιούνται και περιγράφονται, μετά αναγνωρίζονται και ερμηνεύονται.

Οι πρωτότυπες πληροφορίες που παρέχονται με τη μορφή ψηφιακής εικόνας υποβάλλονται σε προεπεξεργασία, αφαιρείται ο θόρυβος από αυτήν, βελτιώνεται η ποιότητα της εικόνας μεμονωμένων στοιχείων μιας σκηνής ή ενός αντικειμένου.Στη συνέχεια, οι πληροφορίες τμηματοποιούνται — η σκηνή χωρίζεται υπό όρους σε μέρη που αναγνωρίζονται ως ξεχωριστά στοιχεία, καθένα από τα οποία μπορεί να αναγνωριστεί και, στη συνέχεια, επισημαίνονται τα αντικείμενα ενδιαφέροντος.

Τα επιλεγμένα αντικείμενα εξετάζονται από χαρακτηριστικές παραμέτρους, οι οποίες περιγράφονται με συστοιχίες πληροφοριών, οπότε περαιτέρω είναι δυνατή η επιλογή των απαραίτητων αντικειμένων ανά παραμέτρους. Τα απαιτούμενα αντικείμενα επισημαίνονται και αναγνωρίζονται χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα. Τέλος, τα αναγνωρισμένα αντικείμενα ερμηνεύονται και επισημαίνονται ότι ανήκουν σε μια ή την άλλη ομάδα αναγνωρίσιμων αντικειμένων, μετά την οποία καθιερώνονται οι οπτικές τους εικόνες.

Στο σύστημα τεχνικής όρασης, οι πληροφορίες εικόνας, με τη βοήθεια οπτοηλεκτρονικών μετατροπέων και αισθητήρων βίντεο, παρουσιάζονται με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων. Αυτό είναι ουσιαστικά ένας πρωταρχικός μετασχηματισμός. Συνήθως, η εικόνα διαβάζεται χρησιμοποιώντας μια οπτική κάμερα, ένα ευαίσθητο στοιχείο, μια συσκευή σάρωσης, μετά την οποία το σήμα ενισχύεται.

Οι πληροφορίες που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο επεξεργάζονται ιεραρχικά. Πρώτον, η εικόνα επεξεργάζεται από επεξεργαστές βίντεο. Εδώ, η βασική παράμετρος είναι το περίγραμμα της εικόνας, το οποίο ορίζεται από τις συντεταγμένες του συνόλου των σημείων που την απαρτίζουν. Επιπλέον, ο υπολογιστής που αποτελεί μέρος του συστήματος παράγει σήματα ελέγχου για το ρομπότ.

Οι αισθητήρες βίντεο συνδέονται με άλλα μέρη του συστήματος όρασης χρησιμοποιώντας ειδικά καλώδια, όπως οπτικά καλώδια, μέσω των οποίων οι πληροφορίες μεταδίδονται σε υψηλή συχνότητα και με ελάχιστες απώλειες.

Οι ίδιοι οι αισθητήρες βίντεο μπορούν να έχουν σημειακά, μονοδιάστατα ή δισδιάστατα αισθητήρια στοιχεία.Τα σημεία ευαίσθητα στοιχεία μπορούν να δέχονται ορατή ακτινοβολία από μικρά μέρη του αντικειμένου και για να ληφθεί μια πλήρης εικόνα ράστερ, είναι απαραίτητο να γίνει σάρωση κατά μήκος του επιπέδου.

Οι μονοδιάστατοι αισθητήρες είναι πιο περίπλοκοι, αποτελούνται από μια γραμμή σημειακών στοιχείων που κινούνται σε σχέση με το αντικείμενο κατά τη σάρωση. Τα δισδιάστατα στοιχεία είναι ουσιαστικά μια μήτρα διακριτών σημειακών στοιχείων.

Το οπτικό σύστημα προβάλλει μια εικόνα στο ευαίσθητο στοιχείο, ενώ το μέγεθος της περιοχής εργασίας που καλύπτεται από τον αισθητήρα έχει καθοριστεί εκ των προτέρων. Το οπτικό σύστημα διαθέτει φακό ρυθμιζόμενου διαφράγματος για να ρυθμίζει την ποσότητα του εισερχόμενου φωτός και την ευκρίνεια της εστίασης καθώς αλλάζει η απόσταση από το φακό στο θέμα.

Μια ποικιλία οπτοηλεκτρονικών συσκευών μπορούν να λειτουργήσουν ως αισθητήρες βίντεο, από μετατροπείς στερεάς κατάστασης έως τηλεοπτικές κάμερες vidicon βασισμένες σε σωλήνα κενού. Η βάση του τεχνικού οράματος είναι η αντίληψη και η προεπεξεργασία πληροφοριών από αυτούς τους αισθητήρες, χωρίς την ανάγκη προσφυγής στην τεχνητή νοημοσύνη.

Αυτό είναι το χαμηλότερο επίπεδο του συστήματος. Ακολουθεί η ανάλυση, η περιγραφή και η αναγνώριση - εδώ χρησιμοποιούνται σύγχρονοι υπολογιστές και πολύπλοκο αλγοριθμικό λογισμικό - το μεσαίο επίπεδο. Το υψηλότερο επίπεδο είναι ήδη η τεχνητή νοημοσύνη.

Πρακτικά σε βιομηχανικά ρομπότ Τα συστήματα όρασης πρώτης γενιάς είναι ευρέως διαδεδομένα, παρέχοντας επαρκή ποιότητα εργασίας με επίπεδες εικόνες και αντικείμενα με απλά σχήματα. Χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση, την ταξινόμηση και την τοποθέτηση εξαρτημάτων, τον έλεγχο των διαστάσεων των εξαρτημάτων, τη σύγκριση τους με ένα σχέδιο κ.λπ.

Μια τυπική υλοποίηση ενός συστήματος όρασης μοιάζει με αυτό. Ο χώρος εργασίας του ρομπότ, όπου βρίσκονται τα εξαρτήματα, φωτίζεται με λαμπτήρες.Πάνω από τον χώρο εργασίας υπάρχει μια κάμερα παρατήρησης κινητής τηλεόρασης, από την οποία πληροφορίες βίντεο τροφοδοτούνται με καλώδιο στην κύρια μονάδα του συστήματος τεχνικής όρασης.

Από την κύρια μονάδα, οι πληροφορίες (σε επεξεργασμένη μορφή) τροφοδοτούνται στη μονάδα ελέγχου ρομπότ. Η συσκευή εκτελεί τη διαλογή των εξαρτημάτων, την τακτική συσκευασία τους σε δοχεία σε αυστηρή συμφωνία με τις πληροφορίες που λαμβάνονται από το λογισμικό του συστήματος τεχνικής όρασης.

Τα έξυπνα και προσαρμοστικά ρομπότ που αναπτύσσονται ενεργά σήμερα, βασισμένα σε συστήματα δεύτερης και τρίτης γενιάς, είναι ικανά να λειτουργούν με τρισδιάστατες εικόνες και πιο σύνθετα αντικείμενα, να κάνουν πιο ακριβείς μετρήσεις και να αναγνωρίζουν αντικείμενα πιο προσεκτικά και γρήγορα.

Η κύρια κατεύθυνση της επιστημονικής και τεχνικής έρευνας σήμερα είναι η βελτίωση συστημάτων και λογισμικού όρασης και η αλγοριθμική υποστήριξή τους, η δημιουργία ειδικών υπολογιστών, καθώς και θεμελιωδώς νέων συστημάτων όρασης, καθώς η χρήση της ρομποτικής είναι ολοένα και πιο περιζήτητη και ο τομέας της η βιομηχανική εφαρμογή επεκτείνεται συνεχώς.

Σήμερα, αναπτύσσονται πιο προηγμένες ευαίσθητες συσκευές για ρομπότ, ικανές να μεταδίδουν όσο το δυνατόν περισσότερες εξωτερικές πληροφορίες στο ρομπότ. Είναι πλέον σαφές ότι οι πολύπλοκοι αισθητήρες μπορούν, κατ 'αρχήν, να αντιληφθούν σκηνές και εικόνες ως σύνολο, πράγμα που σημαίνει ότι στο μέλλον τα ρομπότ θα μπορούν να σχηματίζουν ανεξάρτητα σκόπιμες ενέργειες στο χώρο της περιοχής εργασίας χωρίς πρόσθετα εξωτερικά ερεθίσματα.

Δείτε επίσης:Τι είναι η μηχανική όραση και πώς μπορεί να βοηθήσει;