Visuelle Systeme – wie sie funktionieren und wie sie funktionieren
Da Roboter keine lebenden Organismen wie Menschen sind, verfügen sie weder über Augen noch über ein Gehirn. Um visuelle Informationen zu erhalten, benötigen sie spezielle technische Sinnesgeräte, sogenannte visuelle Systeme.
Visuelle Systeme ermöglichen Roboter Empfangen Sie Bilder von Arbeitsobjekten und Szenen, transformieren, verarbeiten und interpretieren Sie sie mithilfe einer Reihe digitaler Geräte, damit der Roboteraktor dann entsprechend diesen Daten die Arbeit angemessen ausführen kann.
Im Vergleich zu sehr empfindlichen Systemen sind Bildverarbeitungssysteme in der Lage, bis zu 90 % visuelle Informationen an einen Roboter zu liefern, damit dieser normal funktioniert. Somit wird das Problem der Implementierung von maschinellem Sehen in mehreren Schritten gelöst: Informationen werden empfangen, verarbeitet, dann segmentiert und beschrieben, dann erkannt und interpretiert.
Die in Form eines digitalen Bildes bereitgestellten Originalinformationen werden vorverarbeitet, Rauschen wird daraus entfernt, die Bildqualität einzelner Elemente einer Szene oder eines Objekts wird verbessert.Die Informationen werden dann segmentiert – die Szene wird bedingt in Teile unterteilt, die als separate Elemente erkannt werden, von denen jedes erkannt werden kann, und dann werden die interessierenden Objekte hervorgehoben.
Die ausgewählten Objekte werden anhand charakteristischer Parameter untersucht, die mit Informationsfeldern beschrieben werden, sodass es außerdem möglich ist, die erforderlichen Objekte anhand von Parametern auszuwählen. Mit dem Programm werden die benötigten Objekte markiert und identifiziert. Schließlich werden die identifizierten Objekte interpretiert und als zu der einen oder anderen Gruppe erkennbarer Objekte gehörend markiert, woraufhin ihre visuellen Bilder erstellt werden.
Im technischen Bildverarbeitungssystem werden die Bildinformationen mit Hilfe optoelektronischer Wandler und Videosensoren in Form elektrischer Signale dargestellt. Dies ist im Wesentlichen eine primäre Transformation. Normalerweise wird das Bild mit einer optischen Kamera, einem empfindlichen Element und einem Scangerät gelesen und anschließend das Signal verstärkt.
Die so gewonnenen Informationen werden hierarchisch verarbeitet. Zunächst wird das Bild von Videoprozessoren verarbeitet. Hier ist der Schlüsselparameter der Umriss des Bildes, der durch die Koordinaten der Punktmenge bestimmt wird, aus der es besteht. Darüber hinaus generiert der zum System gehörende Computer Steuersignale für den Roboter.
Videosensoren werden über spezielle Kabel, beispielsweise optische Kabel, mit anderen Teilen des Bildverarbeitungssystems verbunden, über die Informationen mit hoher Frequenz und mit minimalen Verlusten übertragen werden.
Die Videosensoren selbst können über punktförmige, eindimensionale oder zweidimensionale Sensorelemente verfügen.Punktempfindliche Elemente können sichtbare Strahlung von kleinen Teilen des Objekts empfangen. Um ein vollständiges Rasterbild zu erhalten, ist ein Scannen entlang der Ebene erforderlich.
Eindimensionale Sensoren sind komplexer, sie bestehen aus einer Reihe von Punktelementen, die sich beim Scannen relativ zum Objekt bewegen. 2D-Elemente sind im Wesentlichen eine Matrix aus diskreten Punktelementen.
Das optische System projiziert ein Bild auf das empfindliche Element, wobei die Größe des vom Sensor abgedeckten Arbeitsbereichs im Voraus festgelegt wird. Das optische System verfügt über ein Objektiv mit einstellbarer Blende, um die Menge des einfallenden Lichts und die Fokussierschärfe anzupassen, wenn sich der Abstand vom Objektiv zum Motiv ändert.
Eine Vielzahl optoelektronischer Geräte kann als Videosensoren fungieren, von Halbleiterwandlern bis hin zu Fernsehkameras auf Vidicon-Vakuumröhrenbasis. Grundlage des technischen Sehens ist die Wahrnehmung und Vorverarbeitung der Informationen dieser Sensoren, ohne dass auf künstliche Intelligenz zurückgegriffen werden muss.
Dies ist die unterste Ebene des Systems. Als nächstes folgt die Analyse, Beschreibung und Erkennung – hier kommen moderne Computer und komplexe algorithmische Software zum Einsatz – die mittlere Ebene. Die höchste Stufe ist bereits künstliche Intelligenz.
Praktisch bei Industrierobotern Bildverarbeitungssysteme der ersten Generation sind weit verbreitet und bieten eine ausreichende Arbeitsqualität bei flachen Bildern und Objekten mit einfachen Formen. Sie dienen dazu, Teile zu erkennen, zu sortieren und zu platzieren, die Abmessungen von Teilen zu überprüfen, sie mit einer Zeichnung zu vergleichen usw.
Eine typische Implementierung eines Bildverarbeitungssystems sieht so aus. Der Arbeitsbereich des Roboters, in dem sich die Teile befinden, wird mit Lampen beleuchtet.Über dem Arbeitsbereich befindet sich eine mobile Beobachtungs-TV-Kamera, von der Videoinformationen per Kabel an die Haupteinheit des technischen Bildverarbeitungssystems weitergeleitet werden.
Von der Haupteinheit werden die Informationen (in verarbeiteter Form) an die Robotersteuereinheit weitergeleitet. Das Gerät führt die Sortierung der Teile und deren ordnungsgemäße Verpackung in Behältern in strikter Übereinstimmung mit den von der Software des technischen Bildverarbeitungssystems erhaltenen Informationen durch.
Intelligente und adaptive Roboter, die heute aktiv entwickelt werden und auf Systemen der zweiten und dritten Generation basieren, sind in der Lage, mit dreidimensionalen Bildern und komplexeren Objekten zu arbeiten, genauere Messungen durchzuführen und Objekte sorgfältiger und schneller zu erkennen.
Die Hauptrichtung der wissenschaftlichen und technischen Forschung liegt heute in der Verbesserung von Bildverarbeitungssystemen und -software und deren algorithmischer Unterstützung, der Entwicklung spezieller Computer sowie grundlegend neuer Bildverarbeitungssysteme, da der Einsatz von Robotik und deren Einsatzgebiet zunehmend gefragt ist Die industrielle Umsetzung nimmt ständig zu. expandiert.
Heutzutage werden fortschrittlichere empfindliche Geräte für Roboter entwickelt, die in der Lage sind, möglichst viele externe Informationen an den Roboter zu übertragen. Es ist nun klar, dass komplexe Sensoren grundsätzlich Szenen und Bilder als Ganzes wahrnehmen können, was bedeutet, dass Roboter in Zukunft ohne zusätzliche äußere Reize selbstständig zielgerichtete Aktionen im Raum des Arbeitsbereichs gestalten können.
Siehe auch:Was ist maschinelles Sehen und wie kann es helfen?