Vizualni sistemi – kako delujejo in kako delujejo
Ker roboti niso živi organizmi kot ljudje, nimajo oči in možganov, za sprejemanje vizualnih informacij pa potrebujejo posebne tehnične senzorične naprave, imenovane vizualni sistemi.
Vizualni sistemi omogočajo roboti sprejemajo slike delovnih predmetov in scen, jih transformirajo, obdelujejo in interpretirajo z uporabo nabora digitalnih naprav, tako da lahko nato robotski aktuator v skladu s temi podatki ustrezno opravlja delo.
V primerjavi z zelo občutljivimi sistemi so sistemi za vid tisti, ki so sposobni dostaviti do 90 % vizualnih informacij robotu, da ta normalno deluje. Tako se problem implementacije strojnega vida rešuje v več korakih: informacije se sprejmejo, obdelajo, nato segmentirajo in opišejo, nato prepoznajo in interpretirajo.
Izvirne informacije v obliki digitalne slike so predhodno obdelane, iz njih je odstranjen šum, izboljšana je kakovost slike posameznih elementov prizora ali predmeta.Informacije so nato segmentirane - prizor je pogojno razdeljen na dele, ki so prepoznani kot ločeni elementi, od katerih je mogoče prepoznati vsakega, nato pa so označeni predmeti zanimanja.
Izbrani objekti so pregledani po značilnih parametrih, ki so opisani z nizi informacij, tako da je v nadaljevanju možno izbrati potrebne objekte po parametrih. Zahtevani objekti so označeni in identificirani s programom. Na koncu se identificirani predmeti interpretirajo in označijo kot pripadajoči eni ali drugi skupini prepoznavnih predmetov, nakar se vzpostavijo njihove vizualne podobe.
V sistemu tehničnega vida so slikovne informacije s pomočjo optoelektronskih pretvornikov in video senzorjev predstavljene v obliki električnih signalov. To je v bistvu primarna transformacija. Običajno se slika bere z optično kamero, občutljivim elementom, skenirno napravo, po kateri se signal ojača.
Tako pridobljene informacije se hierarhično obdelujejo. Najprej sliko obdelajo video procesorji. Pri tem je ključni parameter obris slike, ki je določen s koordinatami množice točk, ki jo sestavljajo. Poleg tega računalnik, ki je del sistema, generira krmilne signale za robota.
Video senzorji so povezani z drugimi deli vidnega sistema s posebnimi kabli, kot so optični kabli, po katerih se informacije prenašajo z visoko frekvenco in z minimalnimi izgubami.
Sami video senzorji imajo lahko točkovne, enodimenzionalne ali dvodimenzionalne zaznavne elemente.Točkovno občutljivi elementi so sposobni sprejemati vidno sevanje iz majhnih delov predmeta, za pridobitev popolne rastrske slike pa je potrebno skeniranje vzdolž ravnine.
Enodimenzionalni senzorji so bolj zapleteni, sestavljeni so iz linije točkovnih elementov, ki se med skeniranjem premikajo glede na objekt. 2D elementi so v bistvu matrika diskretnih točkovnih elementov.
Optični sistem projicira sliko na občutljiv element, pri čemer je vnaprej določena velikost delovnega območja, ki ga pokriva senzor. Optični sistem ima lečo z nastavljivo zaslonko za prilagajanje količine vhodne svetlobe in ostrine ostrenja, ko se spreminja razdalja od leče do motiva.
Različne optoelektronske naprave lahko delujejo kot video senzorji, od polprevodniških pretvornikov do televizijskih kamer na osnovi vakuumske cevi vidicon. Osnova tehničnega vida je zaznavanje in predprocesiranje informacij iz teh senzorjev, ne da bi se bilo treba zatekati k umetni inteligenci.
To je najnižja raven sistema. Sledi analiza, opis in prepoznavanje - tu se uporabljajo sodobni računalniki in kompleksna algoritemska programska oprema - srednji nivo. Najvišja raven je že umetna inteligenca.
Praktično v industrijskih robotih Široko razširjeni so vizualni sistemi prve generacije, ki zagotavljajo ustrezno kakovost dela z ravnimi slikami in predmeti preprostih oblik. Uporabljajo se za prepoznavanje, razvrščanje in nameščanje delov, preverjanje dimenzij delov, primerjavo z risbo itd.
Tipična izvedba vidnega sistema izgleda takole. Delovno območje robota, kjer se nahajajo deli, je osvetljeno s svetilkami.Nad delovnim prostorom je opazovalna mobilna TV kamera, iz katere se video informacije po kablu dovajajo v glavno enoto sistema tehničnega vida.
Iz glavne enote se informacije (v obdelani obliki) dovajajo v krmilno enoto robota. Naprava izvaja sortiranje delov, njihovo urejeno pakiranje v zabojnike v strogem skladu z informacijami, prejetimi iz programske opreme sistema tehničnega vida.
Inteligentni in prilagodljivi roboti, ki se danes aktivno razvijajo in temeljijo na sistemih druge in tretje generacije, so sposobni delati s tridimenzionalnimi slikami in kompleksnejšimi objekti, opravljati natančnejše meritve ter natančneje in hitreje prepoznavati predmete.
Glavna usmeritev znanstvenih in tehničnih raziskav danes je izboljšanje vidnih sistemov in programske opreme ter njihove algoritemske podpore, ustvarjanje posebnih računalnikov, pa tudi bistveno novih sistemov vida, saj je uporaba robotike vedno bolj povpraševanje in področje njenega razvoja. industrijska izvedba se nenehno širi.
Danes se razvijajo naprednejše občutljive naprave za robote, ki so sposobne robotu posredovati čim več zunanjih informacij. Zdaj je jasno, da lahko kompleksni senzorji načeloma zaznavajo prizore in slike kot celoto, kar pomeni, da bodo roboti v prihodnosti lahko samostojno oblikovali namenske akcije v prostoru delovnega območja brez dodatnih zunanjih dražljajev.
Poglej tudi:Kaj je strojni vid in kako lahko pomaga?