Система технического зрения реферат
Обновлено: 05.07.2024
В СТЗ происходит преобразование входной информации, при-нимаемой приемниками первичной информации — визирными устройствами (в частности, оптическими, радиолокационными) — в выходную. Выходная информация СТЗ представляет собой описания принятых изображений. Описания формируются с учетом решаемых задач.
В широком смысле, описания могут содержать информацию о классах наблюдаемых объектов, их расположении, траекториях движения объектов, энергетических и/или информационных связях между ними.
Процессы преобразования информации могут быть реализованы специальными аппаратными средствами или с помощью соответствующего программного обеспечения на ЭВМ, соединенной с приемниками первичной информации.
Первая глава реферата посвящена описанию структуры СТЗ и решаемым задачам. Рассматриваются основные аппаратные средства, входящие в состав СТЗ.
Вторая глава содержит примеры применения СТЗ. В частности, рассматриваются примеры применения СТЗ в автомобилестроении, электронике, медицине и фармацевтике, машиностроении, робототехнике, лабораторных испытаниях.
В настоящее время в промышленности стремятся сократить время рутинной человеческой работы. Но заменить человеческие глаза очень сложно. Раньше для этой цели использовали системы технического зрение, т.е. была камера и плата ввода изображения, и этого было вполне достаточно чтобы заменить человеческий глаз. Это системы благополучно применялись в промышленном производстве, в алгоритмах восстановления формы наблюдаемых объектов, построении автономной навигационной системы космического летательного аппарата, алгоритмах поиска наземных малоразмерных объектов, системах распознавания номера автомобилей.
Но человек не просто смотрит на предметы, он изменяет угол зрения и получает полную информацию о предмете, которую мозг анализирует и делает выводы.
С развитием компьютеров и информационных технологий стало возможным не только получать изображения, но и анализировать его.
Новейшим этапом развития систем технического зрения являются системы машинного зрения. Это новый класс систем, в задачу которых входит получение изображения, его математический анализ и, после этого, получение выводов, на основе которых производится движение
Технически такие системы состоят из камеры (снимающей изображение), платы ввода изображения (оцифровывающей изображение) и платы управления движением (позволяющей перемещать камеру в пространстве). Системы машинного зрения способны полностью заменить глаз человека в производственных операциях.
Система, которая будет использоваться на производстве, должна обеспечивать высокую производительность, надежность и быть в тоже время гибкой. Всем этим требованиям удовлетворяет платформа PXI, которая построена на основе шины Compact PCI. Существует большой набор плат сбора, хранения информации и управления для платформы PXI.
Для ввода в компьютер изображения используется плата ввода изображения и камера. Эта часть системы решает задачи технического зрения. Исходя из задачи, могут использоваться как очень мощные (возможно подключение до 4 камер), так и простейшие платы. Это позволяет создать системы под конкретную задачу с оптимальной стоимостью.
Для работы с изображением используется библиотека функций, которая позволяет получать необходимую информацию из поступающих изображений. С помощью этой библиотеку можно проводить улучшение, сглаживание границ, пороговое разделение, сегментацию и количественный анализ поступающих образов. Большой набор функций позволяет получать изображение хорошего качества, без использования камер высокого разрешения
Системы технического и машинного зрения прочно влились в нашу жизнь, упростили, уменьшили время рутинной ручной работы человека, автоматизировали процессы распознавания объектов. В будущем системы будут все более функциональнее и задачи, которые будут перед ними ставить всё более трудней и сложней.
1) Горелик А.П., Методы распознавания. - М.: Высшая школа, 2008 г.
2) Ким Н.В., Обработка и анализ изображений в системах технического зрения. – М.: МАИ, 2009 г
3) Хорн Б., Минский М., Психология машинного зрения/Пер. с англ. – М.: Мир, 2007 г
4) Новейшие тенденции и перспективы развития систем машинного зрения - h**t://w*w.asutp.r*/?p=600003
5) Системы технического зрения - h**t://w*w.iidt.r*/new.php?key=29
Работа защищена на "отлично". Проверена антиплагиатом - 75% оригинальности.
Общие замечания к системам технического зрения, их основные функциональные задачи. Этапы формирования изображения, связь с системой управления и идентификация объектов. Требования к передающим устройствам. Разновидности полнокадровых фотоприемных матриц.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.04.2016 |
| Размер файла | 1,1 M |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Усилитель изображения в камере может быть совмещен с ФПМ ПЗС с помощью набора оптических волокон (рисунок 9,а) или с помощью объектива (рисунок 9,б).
Рисунок 8 Усилитель изображения 1 - фотокатод;
2 - микроканальная пластина (МКП); 3 - входящий свет;
4 - электроконтактные кольца;
5 - люминесцентный экран; 6 - усиленное изображение
Рисунок 9 Виды стыковки усилителя с ФПМ ПЗС
1 - потери света; 2 - входящий свет; 3 -люминесцентный экpaн; 4 - волокно, 4' - объектив; 5 - ФПМ ПЗС
Стыковка с объективом более гибкая, позволяет исключить усилитель из состава камеры. При этом камера может работать как обычная ФПМ ПЗС или добавлять усилитель к обычной камере с ФПМ ПЗС для работы в усиленном режиме. Недостатком стыковки с объективом являются засветки и потери света от 5 до 10 %. Стыковка с помощью оптических волокон позволяет резко увеличить пропускание света (более 60 %) между усилителем и ФПМ ПЗС по сравнению co стыковкой с объективом. Камеры с усилителем и волоконной стыковкой способны обнаруживать одиночные фотоэлектроны.
Они также имеют гораздо лучше ОСШ, чем приборы с объективом. Недостатки волоконной стыковки состоят в том, что детектор должен работать в сухой инертной среде без вакуума.
Стробирование ФПМ ПЗС с усилителем. В традиционной схеме усилителя напряжение между фотокатодом и входом микроканальной пластины (МКП) используется для включения и отключения усилителя. Если фотокатод становится более положительным относительно МКП, то электроны не будут поступать в нее, что равносильно отключению усилителя. Если фотокатод смещен отрицательно, то электроны будут ускоряться в направлении МКП, что равносильно включению усилителя.
Фотокатод не может быстро переключаться из-за высокой резистивности материала, поэтому на окно осаждают никелевый подслой для уменьшения резистивности. Такой быстродействующий усилитель переключается меньше чем за 2 нс. Но никелевый слой снижает действующую квантовую эффективность системы до 40 %. Медленно действующий усилитель не имеет никелевого слоя и, следовательно, потерь эффективности. Но минимальное время переключения у него составляет не менее 50 нс, а отношение включен/выключен (ОВВ) усилителя характеризует качество переключения. Высокое значение отношения необходимо, чтобы ограничить фон и точно воспроизвести изображение. Этот параметр определяется как отношение выходного света, когда усилитель включен, к выходному свету, когда он выключен. В видимом диапазоне значение ОВВ превышает 1 000 000:1, когда используется типовой усилитель. В УФ-диaпaзоне значение ОВВ обычно гораздо хуже (100 000:1).
Применяется и метод переключения (разрядно-импульсная МКП) для улучшения ОВВ в УФ-диaпaзоне до 10 000 000:1. При этом методе МКП смещается в режим "выкл" пока усилитель выключен, чтобы предотвратить умножение электронов, которое обычно происходит в УФ-диaпaзоне. Рaзрядно-импульсная МКП требует два высоковольтных генератора импульсов: для фотокатода, другой для МКП. Время стробирования МКП "перекрывает" время переключения фотокатода.
Другой метод, известный как стробирование МКП, состоит в стробировании МКП вместо фотокатода. Низкое сопротивление обеих сторон позволяет стробировать МКП быстрее, чем фотокатод. Стробирование МКП позволяет достичь 9 нс без ухудшения квантовой эффектитвности в медленнодействующих усилителях. Такое решение эффективно для применений, когда освещенность низка, но требуется быстрое стробирование.
Рисунок 10 - Стробирование МКП 1 - фотокатод включен;
2 - фотокатод выключен; 3 - МКП включена; 4 - МКП выключена
Рисунок 11 - ФПМ ПЗС с электронной бомбардировкой 1 - оптический сигнал от объекта; 2 - ваккумный корпус; 3 - фотокатод; 4 - поток фотоэлектронов; 5 - ФПМ ПЗС; 6 - выходной сигнал ФПМ ПЗС
Такая проекция должна осуществляться с соответствующей фокусировкой, чтобы сохранить пространственное разрешение. К тому же фотоэлектроны ускоряются по пути к ПЗС благодаря напряжению порядка 15 кВ.
Когда электрон с энергией в несколько килоэлектронвольт бомбардиpует кремний, то генерируются электронно-дырочные пары путeм полупроводникового каскадного процесса. Коэффициент усиления G той системы находится как G = E /3,6, где E - энергия бомбардирующих электронов, эВ. При этом шум процесса умножения невелик: у 2 ?0,12G.
ФПМ ПЗС с подавлением блуминга. В некоторых датчиках изображения используют дополнительные антиблуминговые затворы, предназначенные для отвода избытка зарядов из переполненной ячейки. Без такого средства яркая точка, освещенность от которой переполняет ячейку (намного больше 85 000 е- 1 ) вызывает появление на экране яркой вертикальной полосы. В лучшем случае это может просто мешать наблюдателю. Но если эта полоса перекрывает объект наблюдения, то нет возможности восстановить потерянные данные. ФПМ ПЗС c антиблуминговыми затворами не рекомендуются для работы в условиях низкой освещенности из-за снижения чувствительности этих устройств, если есть лучшие средства.
Антиблуминговые затворы, встроенные в ФПМ, занимают около 30 % области ячейки. В результате коэффициент заполнения снижается до 70 %, снижается чувствительность и уменьшается емкость потенциальной ямы. Снижение чувствительности означает, что экспозицию нужно увеличить почти вдвое, чтобы получить тот же самый уровень сигнала, какой был в ФПМ ПЗС без антиблуминга при тех же условиях. Кроме того, область ПЗС, занятая антиблуминговыми затвори, к увеличению зазора между ячейками, сокpащaя эффективную разрешающую способность датчика.
На рисунке 12 приведены различия между двумя типами ПЗС, приводящие к уменьшению емкости потенциальной ямы и снижению чувствительности ФПМ ПЗС с антиблуминговыми затворами.
Обычный затвор: коэффициент заполнения 100 %, емкость потенциальной ямы 85 000 е- 1 , нет средства для борьбы с блумингом.
Антиблуминговый затвор: коэффициент заполнения 70 %, емкость потенциальной ямы 45 000 е- 1 , сниженная квантовая эффективность.
Можно подавить блуминг в ПЗС и без антиблуминговых затворов. Например, можно использовать не одну длительную экспозицию, при которой почти наверняка произойдет блуминг, а несколько коротких, при которых самые яркие объекты не успевают вызвать блуминг. Затем полученные снимки обработать с помощью программного обеспечения для обработки изображений. Отношение сигнал/шум остается таким же, как и при длительной экспозиции, но результат свободен от блуминга.
Рисунок 12 - Структура ячеек ФПМ ПЗС а - обычная;
б - с антиблуминговыми затворами
Получение трехмерного изображения
Во многих промышленных роботах необходимо определять положение контролируемого объекта или отдельных его точек в трехмерном пространстве. Простейшие СТЗ, предназначены для решения таких задач, либо строят по классической стереоскопической схеме, либо используют двумерный анализатор плоских изображений, например, координатный или матричный фотоприёмник в сочетании с дальномерным устройством.
Одной из основных проблем при использовании подобных устройств пассивного типа, т.е. без подсветки объекта, является обнаружение точек, для которых измеряется параллакс. В случае простых по форме объектов часто используют края изображений, но и в этом случае объём программной обработки бывает большим. Для его уменьшения применяют иерархический принцип, при котором сначала идентифицируются наиболее крупные детали объекта, а затем все более мелкие. Однако при неравной и меняющейся в процессе работы СТЗ освещенности объекта этот путь достаточно сложен. Другими способами решения проблемы являются масштабирование и оконтуривание изображений, применение специальных меток или марок на объектах, а также методы оптической корреляции.
Дальномерные устройства (дальномеры), используемые в СТЗ можно разделить на несколько групп:
- геометрического типа (пассивные и активные);
- локационные (с импульсной и фазовой модуляцией);
Среди дальномеров первой группы наиболее широко используются базовые дальномеры, действующие по триангуляционной схеме. В них измеряется параллактический угол, образованный направлениями на концы некоторой измерительной базы. Эта база может быть расположена внутри дальномера или на объекте. Возможны схемы и с двумя базами на объекте и в приборе.
Методов получения трехмерного изображения много:
В импульсных локационных дальномерах к объекту посылается короткий световой импульс, и по времени t между его посылкой и возвращением при постоянной скорости распространения импульса определяется расстояние до объекта: x = t/2.
Наиболее точны интерференционные дальномеры, в которых измерение осуществляется обычно по схеме асимметричного двухлучевого интерферометра Майкельсона. Световой пучок, создаваемый передающей системой, делится на две части, одна из которых направляется к объекту и отражается от него, другая проходит путь известной длины до опорного отражателя. Относительный сдвиг фаз, соответствующий разности путей, проходимых двумя частями пучка, измеряется в единицах длины волны .
Сравнительно недавно в робототехнике стали применять дифракционные дальномеры, работа которых основана либо на измерении радиуса корреляции пятнистой дифракционной картины, образующейся при освещении объекта когерентным светом, либо на измерении контраста в изображении периодической дифракционной структуры при когерентном освещении объекта через дифракционную решетку.
1. Бабич, А. В. Промышленная робототехника / А.В. Бабич. - М.: Книга по Требованию, 2012. - 263 c.
2. Барсуков, А. Кто есть кто в робототехнике: Ежеквартальный справочник / А. Барсуков. - М.: Книга по Требованию, 2005. - 126 c.
3. Барсуков, А.П. Кто есть кто в робототехнике / А.П. Барсуков. - М.: Книга по Требованию, 2010. - 128 c.
4. Воскобойников, Б. С. Словарь по гибким производственным системам и робототехнике. Английский. Немецкий. Французский. Нидерландский / Б.С. Воскобойников, Б.И. Зайчик, С.М. Палей. - М.: Русский язык, 1991. - 392 c.
5. Иванов, А. А. Основы робототехники / А.А. Иванов. - М.: Форум, 2012. - 224 c.
6. Копосов, Д. Г. Первый шаг в робототехнику. 5-6 классы. Практикум / Д.Г. Копосов. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2014. - 292 c.
7. Копосов, Д. Г. Первый шаг в робототехнику. 5-6 классы. Рабочая тетрадь / Д.Г. Копосов. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2014. - 229 c.
8. Копосов, Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов / Д.Г. Копосов. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. - 292 c.
9. Копосов, Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Рабочая тетрадь для 5-6 классов / Д.Г. Копосов. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. - 889 c.
10. Костров, Б. В. Искусственный интеллект и робототехника / Б.В. Костров, В.Н. Ручкин, В.А. Фулин. - М.: Диалог-Мифи, 2008. - 224 c.
11. Макаров, И. М. Робототехника. История и перспективы / И.М. Макаров, Ю.И. Топчеев. - М.: Наука, МАИ, 2003. - 352 c.
12. Петров, А. А. Англо-русский словарь по робототехнике / А.А. Петров, Е.К. Масловский. - М.: Русский язык, 1989. - 494 c.
13. Попов, Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы / Е.П. Попов. - М.: ИЛ, 1987. - 192 c.
14. Предко, М. 123 эксперимента по робототехнике / М. Предко. - М.: СПб. [и др.] : Питер, 2007. - 544 c.
15. Предко, М. 123 эксперимента по робототехнике / М. Предко. - М.: НТ Пресс, 2006. - 544 c.
16. Робототехника и гибкие автоматизированные производства / ред. И.М. Макаров. - М.: Машиностроение, 1986. - 478 c.
17. Робототехника, прогноз, программирование. - М.: ЛКИ, 2008. - 208 c.
18. Филиппов, С. А. Робототехника для детей и родителей / С.А. Филиппов. - Л.: Наука, 2013. - 320 c.
19. Юревич, Е. И. Основы робототехники (+ CD-ROM) / Е.И. Юревич. - М.: БХВ-Петербург, 2010. - 360 c.
20. Юревич, Е. И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. - Л.: Машиностроение, 1985. - 272 c.
Читайте также: