מערכות חזותיות - איך הן עובדות ואיך הן עובדות
מכיוון שרובוטים אינם אורגניזמים חיים כמו בני אדם, אין להם עיניים ומוחות, ועל מנת לקבל מידע חזותי, הם זקוקים למכשירי חישה טכניים מיוחדים הנקראים מערכות חזותיות.
מערכות חזותיות מאפשרות רובוטים לקבל תמונות של אובייקטים וסצנות עבודה, להפוך, לעבד ולפרש אותם באמצעות סט של מכשירים דיגיטליים, כך שמפעיל הרובוט יוכל אז, בהתאם לנתונים אלו, לבצע את העבודה בצורה נאותה.
בהשוואה למערכות רגישות מאוד, אלו מערכות ראייה שמסוגלות להעביר עד 90% מידע חזותי לרובוט כדי שיתפקד כרגיל. לפיכך, הבעיה של יישום ראיית מכונה נפתרת במספר שלבים: מידע מתקבל, מעובד, לאחר מכן מפולח ומתואר, ואז מזוהה ומפורש.
המידע המקורי המסופק בצורה של תמונה דיגיטלית מעובד מראש, רעש מוסר ממנו, איכות התמונה של אלמנטים בודדים של סצנה או אובייקט משתפרת.לאחר מכן מחלקים את המידע - הסצנה מחולקת באופן מותנה לחלקים המוכרים כאלמנטים נפרדים, שכל אחד מהם ניתן לזהות, ולאחר מכן מודגשים האובייקטים המעניינים.
האובייקטים הנבחרים נבחנים על ידי פרמטרים אופייניים, המתוארים עם מערכי מידע, כך שניתן לבחור את האובייקטים הדרושים לפי פרמטרים. האובייקטים הנדרשים מסומנים ומזוהים באמצעות התוכנית. לבסוף, האובייקטים המזוהים מתפרשים ומסומנים כשייכים לקבוצה כזו או אחרת של אובייקטים ניתנים לזיהוי, ולאחר מכן מתבססים התמונות החזותיות שלהם.
במערכת הראייה הטכנית, מידע התמונה, בעזרת ממירים אופטואלקטרוניים וחיישני וידאו, מוצג בצורה של אותות חשמליים. זהו בעצם טרנספורמציה ראשונית. בדרך כלל קוראים את התמונה באמצעות מצלמה אופטית, אלמנט רגיש, מכשיר סריקה ולאחר מכן מוגבר האות.
המידע המתקבל כך מעובד בצורה היררכית. ראשית, התמונה מעובדת על ידי מעבדי וידאו. כאן, הפרמטר המרכזי הוא קו המתאר של התמונה, אשר נקבע על ידי הקואורדינטות של קבוצת הנקודות המרכיבות אותה. בנוסף, המחשב המהווה חלק מהמערכת מייצר אותות בקרה לרובוט.
חיישני וידאו מחוברים לחלקים אחרים של מערכת הראייה באמצעות כבלים מיוחדים, כמו כבלים אופטיים, דרכם מועבר מידע בתדירות גבוהה ובאיבוד מינימלי.
חיישני הווידאו עצמם יכולים להיות בעלי אלמנטי חישה נקודתיים, חד מימדיים או דו מימדיים.אלמנטים רגישים לנקודה מסוגלים לקלוט קרינה נראית מחלקים קטנים של האובייקט, ועל מנת לקבל תמונת רסטר מלאה יש צורך לסרוק לאורך המישור.
חיישנים חד מימדיים מורכבים יותר, הם מורכבים מקו של אלמנטים נקודתיים הנעים ביחס לאובייקט במהלך הסריקה. אלמנטים דו-ממדיים הם בעצם מטריצה של אלמנטים נקודתיים נפרדים.
המערכת האופטית מקרינה תמונה על האלמנט הרגיש, כאשר גודל אזור העבודה המכוסה על ידי החיישן נקבע מראש. למערכת האופטית יש עדשת צמצם מתכווננת כדי להתאים את כמות האור הנכנס וחדות המיקוד ככל שהמרחק מהעדשה לנושא משתנה.
מגוון מכשירים אופטו-אלקטרוניים יכולים לפעול כחיישני וידאו, החל מתמרי מצב מוצק ועד למצלמות טלוויזיה מבוססות צינור ואקום של ווידיקון. הבסיס של הראייה הטכנית הוא תפיסה ועיבוד מוקדם של מידע מחיישנים אלו, ללא צורך להיעזר בבינה מלאכותית.
זוהי הרמה הנמוכה ביותר של המערכת. הבא הוא הניתוח, התיאור וההכרה - כאן נעשה שימוש במחשבים מודרניים ותוכנות אלגוריתמיות מורכבות - הרמה האמצעית. הרמה הגבוהה ביותר היא כבר בינה מלאכותית.
למעשה ברובוטים תעשייתיים מערכות ראייה מהדור הראשון נפוצות, ומספקות איכות נאותה של עבודה עם תמונות שטוחות ואובייקטים בעלי צורות פשוטות. הם משמשים לזיהוי, מיון והצבת חלקים, בדיקת מידות חלקים, השוואתם לציור וכו'.
יישום טיפוסי של מערכת ראייה נראה כך. אזור העבודה של הרובוט, שבו ממוקמים החלקים, מואר במנורות.מעל אזור העבודה יש מצלמת טלוויזיה ניידת תצפית, ממנה מוזנים מידע וידאו בכבלים ליחידה הראשית של מערכת הראייה הטכנית.
מהיחידה הראשית, המידע (בצורה מעובדת) מוזן ליחידת הבקרה של הרובוט. המכשיר מבצע מיון חלקים, אריזתם המסודרת במיכלים בהתאם למידע המתקבל מתוכנת מערכת הראייה הטכנית.
רובוטים חכמים וסתגלניים שמפותחים היום באופן פעיל, המבוססים על מערכות דור שני ושלישי, מסוגלים לעבוד עם תמונות תלת מימדיות ואובייקטים מורכבים יותר, לבצע מדידות מדויקות יותר ולזהות אובייקטים בזהירות ובמהירות רבה יותר.
הכיוון העיקרי של המחקר המדעי והטכני כיום הוא שיפור מערכות הראייה והתוכנות והתמיכה האלגוריתמית שלהן, יצירת מחשבים מיוחדים, כמו גם מערכות ראייה חדשות מהיסוד, שכן השימוש ברובוטיקה מבוקש יותר ויותר ותחום העיסוק שלה. היישום התעשייתי מתרחב כל הזמן. מתרחב.
כיום מפתחים מכשירים רגישים מתקדמים יותר לרובוטים, המסוגלים להעביר לרובוט מידע חיצוני רב ככל האפשר. כעת ברור שחיישנים מורכבים יכולים, באופן עקרוני, לתפוס סצנות ותמונות כמכלול, מה שאומר שבעתיד רובוטים יוכלו ליצור באופן עצמאי פעולות תכליתיות במרחב של אזור העבודה ללא גירויים חיצוניים נוספים.