Vizuální systémy – jak fungují a jak fungují
Protože roboti nejsou živé organismy jako lidé, nemají oči a mozek a aby mohli přijímat vizuální informace, potřebují speciální technická smyslová zařízení nazývaná vizuální systémy.
Vizuální systémy umožňují robotů přijímat obrazy pracovních objektů a scén, transformovat, zpracovávat a interpretovat je pomocí sady digitálních zařízení tak, aby akční člen robota mohl následně v souladu s těmito daty adekvátně vykonávat práci.
Ve srovnání s velmi citlivými systémy jsou to systémy vidění, které jsou schopny dodat až 90 % vizuálních informací robotovi, aby mohl normálně fungovat. Problém implementace strojového vidění je tedy řešen v několika krocích: informace jsou přijímány, zpracovávány, poté segmentovány a popsány, poté rozpoznávány a interpretovány.
Původní informace poskytované ve formě digitálního obrazu jsou předzpracovány, je z nich odstraněn šum, je zlepšena kvalita obrazu jednotlivých prvků scény nebo objektu.Informace jsou poté segmentovány — scéna je podmíněně rozdělena na části, které jsou rozpoznány jako samostatné prvky, z nichž každý může být rozpoznán, a poté jsou zvýrazněny objekty zájmu.
Vybrané objekty jsou zkoumány pomocí charakteristických parametrů, které jsou popsány poli informací, takže dále je možné vybrat potřebné objekty podle parametrů. Požadované objekty jsou označeny a identifikovány pomocí programu. Nakonec jsou identifikované objekty interpretovány a označeny jako patřící do té či oné skupiny rozpoznatelných objektů, načež jsou stanoveny jejich vizuální obrazy.
V systému technického vidění jsou obrazové informace s pomocí optoelektronických převodníků a video senzorů prezentovány ve formě elektrických signálů. Toto je v podstatě primární transformace. Obvykle se obraz čte pomocí optické kamery, citlivého prvku, snímacího zařízení, načež se signál zesílí.
Takto získané informace jsou zpracovány hierarchicky. Nejprve je obraz zpracován video procesory. Zde je klíčovým parametrem obrys obrázku, který je nastaven souřadnicemi množiny bodů, které jej tvoří. Počítač, který je součástí systému, navíc generuje řídicí signály pro robota.
Videosnímače jsou propojeny s ostatními částmi systému vidění pomocí speciálních kabelů, jako jsou optické kabely, kterými jsou informace přenášeny vysokou frekvencí a s minimálními ztrátami.
Samotné video senzory mohou mít bodové, jednorozměrné nebo dvourozměrné snímací prvky.Bodově citlivé prvky jsou schopny přijímat viditelné záření z malých částí objektu a pro získání plného rastrového obrazu je nutné skenovat podél roviny.
Jednorozměrné senzory jsou složitější, skládají se z řady bodových prvků, které se při skenování pohybují vzhledem k objektu. 2D prvky jsou v podstatě maticí diskrétních bodových prvků.
Optický systém promítá obraz na citlivý prvek, přičemž velikost pracovní plochy pokryté snímačem je předem určena. Optický systém má čočku s nastavitelnou clonou pro úpravu množství příchozího světla a ostrosti zaostření podle toho, jak se mění vzdálenost od objektivu k objektu.
Jako video senzory mohou fungovat různá optoelektronická zařízení, od polovodičových převodníků až po televizní kamery na bázi vidikonových elektronek. Základem technického vidění je vnímání a předzpracování informací z těchto senzorů, bez nutnosti uchýlit se k umělé inteligenci.
Toto je nejnižší úroveň systému. Následuje analýza, popis a rozpoznávání - zde se používají moderní počítače a komplexní algoritmický software - střední úroveň. Nejvyšším stupněm je již umělá inteligence.
Prakticky v průmyslových robotech rozšířené jsou systémy vidění první generace, které poskytují odpovídající kvalitu práce s plochými obrazy a objekty jednoduchých tvarů. Používají se k rozpoznání, třídění a umístění dílů, kontrole rozměrů dílů, jejich porovnání s výkresem atd.
Typická implementace systému vidění vypadá takto. Pracovní plocha robota, kde jsou díly umístěny, je osvětlena lampami.Nad pracovním prostorem je umístěna pozorovací mobilní TV kamera, ze které jsou videoinformace přiváděny kabelem do hlavní jednotky systému technického vidění.
Z hlavní jednotky jsou informace (ve zpracované podobě) přiváděny do řídicí jednotky robota. Zařízení provádí třídění dílů, jejich řádné balení do kontejnerů v přísném souladu s informacemi získanými ze softwaru systému technického vidění.
Inteligentní a adaptivní roboty, které se dnes aktivně vyvíjejí, založené na systémech druhé a třetí generace, jsou schopné pracovat s trojrozměrnými obrázky a složitějšími objekty, provádět přesnější měření a pečlivěji a rychleji rozpoznávat objekty.
Hlavním směrem vědeckého a technického výzkumu je dnes zdokonalování systémů vidění a softwaru a jejich algoritmická podpora, vytváření speciálních počítačů a také zásadně nových systémů vidění, protože použití robotiky je stále více žádané a jeho obor průmyslová implementace se neustále rozšiřuje.expanduje.
Dnes se vyvíjejí pokročilejší citlivá zařízení pro roboty, schopná přenášet robotovi co nejvíce externích informací. Nyní je jasné, že složité senzory dokážou v principu vnímat scény a obrazy jako celek, což znamená, že v budoucnu budou roboti schopni samostatně tvořit cílevědomé akce v prostoru pracovního prostoru bez dalších vnějších podnětů.