7.4.2 Алгоритми розпізнавання об’єктів
Ідентифікація об'єктів в СТЗ найчастіше проводиться методами порівняння з еталоном. При цьому, як правило, СТЗ вирішує одну з двох задач.
Перша задача полягає в отриманні зображення одного об'єкту і порівнянні його зі всіма еталонами заданого класу. По якнайкращому збігу вибирається еталон і здійснюється ідентифікація об'єкту. Потім, при необхідності, знаходяться параметри його положення і орієнтації.
Друга задача полягає в отриманні зображення декількох об'єктів і почерговому порівнянні їх з еталоном того об'єкту, який необхідно виділити. Після цього обчислюється його положення і орієнтація.
Повний збіг об'єкта з еталоном в просторі вибраних ознак, як правило, не досягається, тому задається допустима відмінність між еталоном і зображенням.
Якщо позначити початкове зображення об'єкта F (i, j), еталона E (i, j), а обчислену відмінність через Т, то процедуру порівняння можна формально записати так
або
Збіг еталона з об'єктом перевіряється за правилом T ≤ D, де D – задана порогова відмінність.
Якщо умова T ≤ D не виконується, то необхідно замінити еталон або перейти до іншого зображення.
При ідентифікації зображень широко користуються графом (або деревом) розпізнавань. Граф розпізнавання по геометричних ознаках представлений на рисунку 7.6. Букви А, В ., Q у вершинах графа позначають операторів, що виділяють певні ознаки зображення.
Наприклад, оператор А проводить ідентифікацію зображення по довжині і висоті описанного прямокутника, оператори В і С – за площею і радіусом
Рис. 7.6 Граф розпізнавання по геометричних ознаках
описаного і вписаного кіл і так далі Цифрами I, II., X – позначені можливі рішення – номери розпізнаваних об'єктів.
Модифікацією методу порівняння зображення з еталоном є кореляційний метод. Він заснований на обчисленні взаємнокореляційної функції між еталоном і зображенням. При цьому, чим більше значення функції взаємної кореляції, тим з більшою вірогідністю еталон співпаде із зображенням. Формулу для обчислення взаємнокореляційної функції R можна представити у вигляді
Під параметрами положення об'єкту зазвичай розуміється (для зображення на площині) два значення координат його центру мас і кут нахилу осі симетрії об'єкту до однієї з координатних осей.
7.5 Типові елементи і вузли стз.
7.5.1 Джерела оптичного випромінювання
Основними типами джерел випромінювання, використовуваних в СТЗ роботів, є лампи розжарювання, газорозрядні лампи, світлодіоди і лазери. Крім того, у ряді практичних застосувань використовується випромінювання природних джерел, найчастіше пряме, відбите і розсіяне сонячне випромінювання. Іноді використовується власне випромінювання спостережуваного об'єкту, наприклад, в СТЗ зварювальних роботів свічення розплаву або зварювального шва.
Лампи розжарювання знайшли широке застосування як джерела випромінювання для СТЗ, що працюють у видимій і ближній інфрачервоній областях спектру. Основними достоїнствами ламп розжарювання з погляду їх застосування в СТЗ роботів є достатньо широкий спектр випромінювання, простота і надійність схем включення, хороша конструктивна сумісність з іншими елементами СТЗ. До недоліків ламп розжарювання слід віднести відносно великі розміри і масу, недостатній термін служби, трудність модуляції світлового потоку за рахунок зміни живлячої напруги (теплова інерція ниток накалювання ламп велика).
Широке застосування в робототехніці знайшли газорозрядні люмінесцентні лампи. Основними перевагами люмінесцентних ламп в порівнянні з лампами розжарювання є їх висока світлова віддача, що перевищує в 5,6 разів світловіддачу ламп розжарювання.
В якості джерел ультрафіолетового випромінювання, які використовуються, наприклад, в СТЗ роботів для контролю якості виробів, застосовуються ртутні лампи високого і понад високого тиску.
Напівпровідникові світлодіоди і інфрачервоні випромінюючі діоди характеризуються малими розмірами і масою, високою стійкістю до механічних навантажень, мають значний термін служби (104…105 год.), високу швидкодію. Малі розміри і низькі рівні розсіюваної потужності, дозволяють використовувати світлодіоди як джерела випромінювання, вмонтовувані в елементи захватних пристроїв робота. Можлива модуляція випромінювання світлодіодів, як дискретними, так і аналоговими сигналами.
Як джерела направленого, монохроматичного, когерентного випромінювання в СТЗ роботів використовують твердотільні і напівпровідникові (рідше газові) лазери. Поки малий ККД більшості лазерних випромінювачів, а розміри і маса як самих лазерів, так і їх блоків живлення залишаються все ще порівняно великими (за винятком малопотужних напівпровідникових лазерів). Проте ряд їх достоїнств, і перш за все високі когерентні властивості випромінювання, роблять застосування цих джерел випромінювання в СТЗ роботів вельми привабливими.