Hệ thống thị giác—cách chúng hoạt động và cách chúng hoạt động

Vì robot không phải là sinh vật sống như con người nên chúng không có mắt và não, để nhận được thông tin hình ảnh, chúng cần các thiết bị cảm nhận kỹ thuật đặc biệt gọi là hệ thống thị giác.

Hệ thống thị giác cho phép người máy nhận hình ảnh của các đối tượng và cảnh làm việc, biến đổi, xử lý và giải thích chúng bằng một bộ thiết bị kỹ thuật số để bộ truyền động rô-bốt sau đó có thể thực hiện đầy đủ công việc theo dữ liệu này.

So với các hệ thống rất nhạy cảm, đó là các hệ thống thị giác có khả năng cung cấp tới 90% thông tin trực quan cho rô-bốt để nó hoạt động bình thường. Do đó, vấn đề triển khai thị giác máy được giải quyết theo một số bước: thông tin được nhận, xử lý, sau đó được phân đoạn và mô tả, sau đó được nhận dạng và diễn giải.

Thông tin ban đầu được cung cấp dưới dạng hình ảnh kỹ thuật số được xử lý trước, nhiễu được loại bỏ khỏi nó, chất lượng hình ảnh của các yếu tố riêng lẻ của cảnh hoặc đối tượng được cải thiện.Sau đó, thông tin được phân đoạn — cảnh được chia theo điều kiện thành các phần được nhận dạng là các phần tử riêng biệt, mỗi phần có thể được nhận dạng và sau đó các đối tượng quan tâm được đánh dấu.

Các đối tượng đã chọn được kiểm tra bằng các tham số đặc trưng, ​​được mô tả bằng các mảng thông tin, vì vậy có thể chọn các đối tượng cần thiết theo các tham số. Các đối tượng cần thiết được đánh dấu và xác định bằng chương trình. Cuối cùng, các đối tượng đã xác định được giải thích và đánh dấu là thuộc về một hoặc một nhóm đối tượng có thể nhận dạng khác, sau đó hình ảnh trực quan của chúng được thiết lập.

Trong hệ thống thị giác kỹ thuật, thông tin hình ảnh, với sự trợ giúp của bộ chuyển đổi quang điện tử và cảm biến video, được trình bày dưới dạng tín hiệu điện. Đây thực chất là một chuyển đổi chính. Thông thường, hình ảnh được đọc bằng máy ảnh quang học, bộ phận nhạy cảm, thiết bị quét, sau đó tín hiệu được khuếch đại.

Do đó, thông tin thu được được xử lý theo thứ bậc. Đầu tiên, hình ảnh được xử lý bởi bộ xử lý video. Ở đây, tham số chính là đường viền của hình ảnh, được đặt theo tọa độ của tập hợp các điểm tạo nên nó. Ngoài ra, máy tính là một phần của hệ thống tạo tín hiệu điều khiển cho robot.

Cảm biến video được kết nối với các bộ phận khác của hệ thống thị giác bằng cáp đặc biệt, chẳng hạn như cáp quang, qua đó thông tin được truyền ở tần số cao và ít bị thất thoát.

Bản thân các cảm biến video có thể có các yếu tố cảm biến điểm, một chiều hoặc hai chiều.Các phần tử nhạy điểm có khả năng nhận bức xạ khả kiến ​​từ các phần nhỏ của vật thể và để có được hình ảnh raster đầy đủ, cần phải quét dọc theo mặt phẳng.

Cảm biến một chiều phức tạp hơn, chúng bao gồm một dòng các phần tử điểm di chuyển so với đối tượng trong quá trình quét. Các phần tử 2D thực chất là một ma trận các phần tử điểm rời rạc.

Hệ thống quang học chiếu hình ảnh lên thành phần nhạy cảm, kích thước của vùng làm việc bao phủ bởi cảm biến được xác định trước. Hệ thống quang học có một ống kính khẩu độ có thể điều chỉnh để điều chỉnh lượng ánh sáng tới và lấy nét sắc nét khi khoảng cách từ ống kính đến đối tượng thay đổi.

Nhiều loại thiết bị quang điện tử có thể hoạt động như cảm biến video, từ đầu dò trạng thái rắn đến máy ảnh truyền hình dựa trên ống chân không vidicon. Cơ sở của tầm nhìn kỹ thuật là nhận thức và tiền xử lý thông tin từ các cảm biến này mà không cần dùng đến trí tuệ nhân tạo.

Đây là mức thấp nhất của hệ thống. Tiếp theo là phân tích, mô tả và nhận dạng - ở đây máy tính hiện đại và phần mềm thuật toán phức tạp được sử dụng - cấp độ trung bình. Cấp độ cao nhất đã là trí tuệ nhân tạo.

thực tế trong robot công nghiệp hệ thống tầm nhìn thế hệ đầu tiên phổ biến rộng rãi, cung cấp chất lượng công việc phù hợp với hình ảnh phẳng và các đối tượng có hình dạng đơn giản. Chúng được sử dụng để nhận dạng, sắp xếp và đặt các bộ phận, kiểm tra kích thước của các bộ phận, so sánh chúng với bản vẽ, v.v.

Một triển khai điển hình của hệ thống tầm nhìn trông như thế này. Khu vực làm việc của robot, nơi đặt các bộ phận, được chiếu sáng bằng đèn.Phía trên khu vực làm việc có một camera truyền hình di động quan sát, từ đó thông tin video được truyền bằng cáp đến thiết bị chính của hệ thống thị giác kỹ thuật.

Từ thiết bị chính, thông tin (ở dạng đã xử lý) được đưa đến thiết bị điều khiển robot. Thiết bị thực hiện phân loại các bộ phận, đóng gói theo thứ tự trong các thùng chứa theo đúng thông tin nhận được từ phần mềm của hệ thống thị giác kỹ thuật.

Robot thông minh và thích ứng đang được phát triển tích cực ngày nay, dựa trên hệ thống thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng làm việc với hình ảnh ba chiều và các vật thể phức tạp hơn, thực hiện các phép đo chính xác hơn và nhận dạng vật thể cẩn thận và nhanh chóng hơn.

Hướng chính của nghiên cứu khoa học và kỹ thuật ngày nay là cải tiến các hệ thống và phần mềm thị giác và hỗ trợ thuật toán của chúng, tạo ra các máy tính đặc biệt, cũng như các hệ thống thị giác mới về cơ bản, do nhu cầu sử dụng robot ngày càng tăng và lĩnh vực của nó công nghiệp thực hiện không ngừng mở rộng.

Ngày nay, các thiết bị nhạy cảm tiên tiến hơn dành cho rô bốt đang được phát triển, có khả năng truyền càng nhiều thông tin bên ngoài đến rô bốt càng tốt. Hiện tại rõ ràng là về nguyên tắc, các cảm biến phức hợp có thể cảm nhận toàn bộ cảnh và hình ảnh, điều đó có nghĩa là trong tương lai, rô-bốt sẽ có thể độc lập thực hiện các hành động có mục đích trong không gian của khu vực làm việc mà không cần thêm các kích thích bên ngoài.

Xem thêm:Thị giác máy là gì và nó có thể giúp ích như thế nào?