Разработка и исследование методики синтеза и алгоритма распознавания образа искусственного маркера в системах управления робототехническим объектом

• Автор: Чемерис, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЛОКАЛЬНОЕ ОРИНЕТИРОВАННЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ
1.1 Постановка проблемы локального ориентирования робототехнических объектов в автоматическом режиме
1.2 Обзор существующих методов локального ориентирования
1.3 Анализ методов оптического определения параметров относительного положения
1.4 Анализ существующих образов искусственных маркеров
Выводы по главе
Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ОБРАЗА ИСКУСТВЕННОГО МАРКЕРА
2.1 Модель получения проекции на плоскость изображения
2.2 Калибровка камеры
2.3 Методика формирования образа маркера
2.4 Компьютерное моделирование
Выводы по главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСПОЗНАВАНИЯ СИНТЕЗИРОВАННОГО ОБРАЗА ИСКУСТВЕННОГО МАРКЕРА
3.1 Модификация алгоритма Хафа
3.2 Компьютерное моделирование
Выводы по главе

Глава 4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.1 Этап предварительной обработки изображения
4.2 Эксперименты по определению погрешности параметров относительного положения
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
П.1 Акты о внедрении (использовании)
П.2 Объекты интеллектуальной собственности

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время все серьезнее встает проблема ограниченности времени функционирования различного рода робототехнических объектов (роботов) в автоматическом режиме, будь то бесплотный летательный аппарат (БПЛА), автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) или любой другой автономный робот. Их функционирование связано с необходимостью выполнения длительных задач. Время автономной работы таких объектов редко достигает суток, что связано с ограниченной емкостью аккумуляторов на борту робота и, как следствие, возникает необходимость их периодической перезарядки.
Наиболее рациональным решением данной проблемы на современном этапе развития техники и технологий принято считать использование док-станции, пристыковавшись к которой, робот будет способен выполнить перезарядку аккумуляторов и, кроме того, осуществить информационный обмен: получить новое задание или перенести, собранную за время выполнения задачи, информацию на физический носитель.
В публикациях отечественных и зарубежных исследователей данной проблемы представлены различные способы получения параметров положения робота в пространстве, что позволит выполнять стыковку с док-станцией в автоматическом режиме. Основными из них являются способы на основе акустических, инфракрасных, лазерных датчиков, с применением свойств электромагнетизма и другие. Однако наиболее универсальным на этапе стыковки принято считать способ, основанный на методах цифровой обработки визуальной информации, когда определение параметров положения выполняется за счет соотношений между известными параметрами реальных объектов и их изображением. Это связано с тем фактом, что большинство существующих на текущий момент роботов

Выводы по главе
1. В главе представлен краткий обзор текущих проблем, связанных с ограниченностью времени автономной работы робота. Обосновано применение алгоритмов визуального определения значений ПОП, что позволяет выполнять наведение на образ искусственных маркеров в качестве ориентира для стыковки с ДС с целью подзарядки аккумуляторов и выполнения информационного обмена в автономном режиме.
2. Выполнен анализ ряда существующих образов маркеров с точки зрения инвариантности их геометрии и алгоритмов их распознавания. В результате анализа алгоритмов отмечается, что большинство из них неспособны распознать образ маркера на изображении при отклонении от параллельного положения камеры относительно плоскости, в которой расположен маркер, что накладывает ограничения на область возможных положений камеры и, как следствие, приводит к росту числа случаев, когда распознать образ маркера на изображении не удается.
3. Анализ образов маркеров показал, что такое ограничение связано с тем, что в образ маркера изначально не закладываются инварианты перспективной ГГТ, которое претерпевает изображения при проецировании. Исходя из этого, актуальна задача по разработке и исследованию методики синтеза образов маркеров для осуществления локального ориентирования робота. В результате, основными задачами работы являются:
- разработать и исследовать методику синтеза образов искусственных маркеров для осуществления локального ориентирования роботов на основе применения цифровой обработки визуальной информации с учетом выявленных недостатков существующих образов;
- синтезировать образ маркера с учетом разработанной методики;
- разработать алгоритм распознавания синтезированного маркера;
- провести компьютерные эксперименты и испытания предложенного алгоритмического обеспечения.