8.4.2 Алгоритмы распознавания объектов

Идентификация объектов в СТЗ чаще всего производится методами сравнения с эталоном. При этом, как правило, СТЗ решает одну из двух задач. Первая задача заключается в получении изображения одного объекта и сравнении его со всеми эталонами заданного класса. По наилучшему совпадению выбирается эталон и осуществляется идентификация объекта. Затем, при необходимости, находятся параметры его положения и ориентации.

Вторая задача заключается в получении изображения нескольких объектов и поочередном сравнении их с эталоном того объекта, который необходимо видеть. После этого вычисляется его положение и ориентация

Полное совпадение объекта с эталоном в пространстве выбранных признаков, как прави-ло, не достигается, поэтому задается допустимое различие между эталоном и изображением.

Если обозначить исходное изображение объекта F (i, j), E (i, j), а вычисленное различие Т, то процедуру сравнения можно формально записать так

или

Совпадение эталона с объектом проверяется по правилу

D ≥ T,

где D – заданное пороговое различие.

Если условие D ≥ T не выполняется, то необходимо заменить эталон или перейти к другому изображению.

При идентификации изображений широко пользуются графом (или деревом) распознаваний. Граф распознавания по геометрическим признакам представлен на рисунке 8.6. Буквы А, В, …, Q в вершинах графа обозначают операторы, выделяющие определенные признаки изображения.

Рис. 8.6.

Например, оператор А проводит классификацию изображения по длине и высоте описан-ного прямоугольника, операторы В и С – по площади и радиусом описанной и вписанной окружностей и т.д. Цифрами I, II,…, X – обозначены возможные решения – номера распознаваемых объектов.

Модификацией метода сравнения изображения с эталоном является корреляционный метод. Он основан на вычислении взаимокорреляционной функции между эталоном и изображением. При этом, чем больше значение функции взаимной корреляции, тем с большей вероятностью эталон совпадет с изображением. Формулу для вычисления взаимокорреляционной функции R можно представить в виде

Под параметрами положения объекта обычно понимается (для изображения на плоскости)два значения координат его центра масс и угол наклона оси симметрии объекта к одной из координатных осей.

8.5. Типовые элементы и узлы стз

8.5.1 Источники оптического излучения

Основными типами источников излучения, используемых в СТЗ роботов, лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды и лазеры. Кроме того, в ряде практических применений используется излучение естественных источников, чаще всего прямое, отраженное и рассеянное солнечное излучение. Иногда используется собственное излучение наблюдаемого объекта, например, в СТЗ сварочных роботов свечение расплава или сварочного шва.

Лампы накаливания нашли широкое применение как источники излучения для СТЗ, работающих в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Основными достоинствами ламп накаливания с точки зрения их применения в СТЗ роботов являются достаточно широкий спектр излучения, простота и надежность схем включения, хорошая конструктивная совмести-мость другими элементами СТЗ. К недостаткам ламп накаливания следует отнести относитель-но большие размеры и массу, недостаточный срок службы, трудность модуляции светового по-тока за счет изменения питающего напряжения (тепловая инерция нитей накала ламп велика).

Широкое применение в робототехнике нашли газоразрядные люминесцентные лампы. Основными преимуществами люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания является их высокая световая отдача, превышающая в 5,6 раз светоотдачу ламп накаливания.

В качестве источников ультрафиолетового излучения, используемых, например в СТЗ роботов для контроля качества изделий, применяются ртутные лампы высокого и сверх высокого давления.

Полупроводниковые светодиоды и инфракрасно излучающие диоды характеризуются малыми размерами и массой, высокой устойчивостью к механическим нагрузкам, имеют значительный срок службы (10⁴…10⁵ ч.), высокое быстродействие. Малые размеры и низкие уровни рассеваемой мощности позволяют использовать светодиоды в качестве источников излучения, монтируемых в элементах захватных устройств робота. Возможна модуляция излучения светодиодов, как дискретными, так и аналоговыми сигналами.

В качестве источников направленного, монохроматического, когерентного излучения в СТЗ роботов используют твердотельные и полупроводниковые (реже газовые) лазеры. Пока мал КПД большинства лазерных изделий, а размеры и масса как самих лазеров, ток и их блоков питания остаются все еще сравнительно большими (за исключением маломощных полупроводниковых лазеров). Однако ряд их достоинств, и прежде всего высокие когерентные свойства излучения, делают применение этих источников излучения в СТЗ роботов весьма привлекательными.