Управление и методы обработки информации при автоматизации извлечения объектов из контейнера с использованием PMD-технологии

• Автор: Мамаев, Ильшат Ринатович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

PMD - Photonic Mixer Device XML - extensible Markup Language XIRP - XML-based Industrial Robot Protocol TOF-Time Of Flight
TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol UDP - User Datagram Protocol TCP - Tool Center Point

SCARA - Selective Compliant Assembly Robot Arm DOF - Degrees Of Freedom

CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor

КМОП - Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник

CCD - Charge-Coupled Device

ПЗС - Прибор с Зарядовой Связью

SFM - Structure From Motion

DFD - Depth From Defocus

PCA - Principal Component Analysis

ATOT - Acclimatized Top Object Threshold
CAD - Computer-Aided Design
ПВХ - ПолиВинилХлорид
ПО - Программное Обеспечение
ГПС - Гибкая Производственная Система
РФФИ - Российский Фонд Фундаментальных Исследований

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Актуальность темы исследования
Цель работы
Задачи исследования
Методика исследования
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
Научная новизна результатов
Практическая значимость и внедрение результатов
Внедрение и связь исследования с научными программами
Апробация работы и публикации
Объем и структура работы
Глава 1. Анализ задачи извлечения объектов из контейнера
1.1 Задача автоматического извлечения объектов из контейнера
1.2 Анализ и классификация известных подходов к решению задачи..
1.2.1 Одна камера
1.2.2 Стерео камеры
1.2.3 Лазерные дальномеры
1.2.4 Обобщение возможностей известных подходов
1.3 Цели и задачи диссертационной работы
1.4 Выводы
Глава 2. Разработка методов обработки информации
2.1 Задачи обработки информации и реконструкции трехмерной сцены
2.2 Задача обработки информации с РМБ-камеры
2.2.1 Формализация задачи
2.2.2 Разработка метода обработки данных РМБ-камеры

2.3 Задача реконструкции ЗП сцены с учетом особенностей
2.3.1 Формализация задачи
2.3.2 Известные методы
2.3.3 Разработка метода реконструкции ЗИ сцены по данным с РГуГО-камеры
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Разработка модели, алгоритма управления, алгоритмического и програмного обеспечения
3.1 Модель системы и задача управления
3.2 Разработка алгоритмического обеспечения
3.2.1 Алгоритм обработки данных РМБ-камеры
3.2.2 Алгоритм реконструкции ЗБ сцены
3.3 Разработка программного обеспечения
3.3.1 Вводная часть
3.3.2 Разработка архитектуры ПО для задачи извлечения объектов из контейнера
3.3.3 Внешнее сетевое взаимодействие
3.3.4 Модули разработанного ПО
3.4 Выводы по главе
Глава 4. Экспериментальный стенд и анализ эффективности
4.1 Система извлечения объектов из контейнера
4.1.1 Объекты
4.1.2 Манипулятор
4.1.3 Захват
4.1.4 РМБ-камера

2.1 Задачи обработки информации и реконструкции трехмерной сцены.
Все большее число современных прикладных задач, таких как определение позиции, распознавание объектов, предотвращение столкновений, требуют точного анализа сцены. Метод измерения'расстояния с помощью' модулированного когерентного инфракрасного света; основанный'на PMD технологии является сравнительно недорогой !! быстрой, альтернативой, стандартным технологиям как лазерные сканнеры или стереокамеры.
Определение расстояния до объекта относительно обозревателя является хорошо известной задачей в'области компьютерного зрения .и обработки'изображений. Последние десятилетия были разработаны методы, базовые принципы которых широко используются в современных.системах: лазерная триангуляция, стерео зрение и так называемое восстановление структуры по движению («Structure from Motion»).
Несмотря на .широкие исследования в этой области, не существует системы; которая будет относительно дешевой; готовой к использованию в производстве, которая позволяет получать информацию о расстоянии в широком-диапазоне измерения, с высоким разрешением и в реальном времени. Лазерное сканирование, которое лишь сканирует сцену «пополосно» весьма медленно и непригодно для динамических сцен. Системы стерео зрения с одной стороны требуют сложных вычислений- из-за поиска подобных точек, а с другой стороны страдают от проблем неточности, вызванных неправильным определением подобных точек в случае однородных объектов.
PMD - новая многообещающая технология, разработанная в последние годы [55], которая позволяет определять расстояние методом замера времени полета светового луча (time-of-flight, TOF) используя модулированный некогерентный свет. Обозреваемая сцена подсвечивается инфракрасным светом, ко-