Алгоритмическое и программное обеспечение адаптивной системы технического зрения для обнаружения подвижных объектов роботом

• Автор: Копылов, Юрий Викторович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 221 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Анализ применения СТЗ для обнаружения подвижных объектов
1.1 Предварительная постановка задачи разработки СТЗ
1.2 Обзор существующих методов обнаружения подвижных объектов
1.3 Определение задач, связанных с разработкой СТЗ
Выводы
Глава 2. Разработка математической модели адаптивной СТЗ для обнаружения подвижных объектов
2.1 Формализованная схема и математическая модель процесса функционирования СТЗ
2.2 Математическая модель процесса настройки СТЗ по яркости
2.3 Математическая модель процесса предварительной обработки изображений
2.4 Математическая модель процесса обнаружения объектов наблюдения и вычисления их характеристик
Выводы
Г лава 3. Разработка алгоритмического и программного обеспечения адаптивной СТЗ для обнаружения подвижных объектов
3.1 Разработка алгоритма автоматической настройки системы по яркости
3.2 Разработка алгоритмов предварительной обработки изображений в СТЗ
3.3 Разработка алгоритма обнаружения объектов наблюдения и вычисления их характеристик
3.4 Оптимизация процесса функционирования СТЗ
3.5 Разработка программного обеспечения СТЗ
Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование адаптивной СТЗ для обнаружения подвижных объектов
4.1 Описание экспериментальной установки
4.2 Результаты экспериментальных исследований СТЗ в лабораторных условиях
4.3 Результаты экспериментальных исследований СТЗ в реальных условиях
Выводы
Заключение
Список литературы Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Робототехника является одним из наиболее приоритетных направлений развития народного хозяйства. С каждым годом все более расширяется применение робототехнических систем. С их помощью осваиваются технологические процессы, освобождающие людей от многих видов утомительного, однообразного, тяжелого труда, а также работы во вредных для здоровья человека условиях. Гамма промышленных и специальных роботов очень велика: от дистанционно управляемых манипуляторов до адаптивных робототехнических комплексов, которые не требуют присутствия человека-оператора во время своей работы [21, 26, 40, 60, 65, 69].
Адаптивные роботы относятся к наиболее сложному классу систем. Одним из основных элементов адаптивного робота является система очувствления [51, 61, 73]. Ее задача состоит в сборе информации об изменениях внешней среды и оценке состояния компонент устройства управления и манипулятора. В состав информационных систем адаптивных роботов входят силомоментные, тактильные, локационные системы очувствления, а также системы технического зрения (СТЗ). Среди перечисленных выше систем, СТЗ обладает наибольшей информативной емкостью: от 80 до 90% информации о свойствах объекта манипулирования и параметрах внешней среды, робот получает с помощью технического зрения [4, 7, 14, 15, 20, 23, 24, 35, 36, 43, 47, 48, 52-54, 59, 62, 63, 67, 68, 72, 76].
Спектр задач, решаемых СТЗ очень широк: от контроля наличия детали на рабочем месте, до автоматического распознавания рукописного текста. С увеличением сложности задачи, поставленной перед СТЗ, растет и время, затрачиваемое на обработку изображений. Однако, далеко не всегда мы можем располагать им в большом количестве. Существует целый ряд задач, в которых это время ограничено. К этой группе относится и задача обнаружения подвижного объекта на сложном фоне.

том языке ее формализации формируются параметры оптимизации решения этой задачи и критерий оценки оптимальности этого решения. Выбирается метод решения для каждой из подзадач и формулируется задание на разработку алгоритма, реализующего этот метод решения.
2.1 Формализованная схема и математическая модель процесса функционирования СТЗ
Обработку видеокадров в СТЗ можно по аналогии с производственным процессом рассматривать как процесс прохождения некоторого продукта через ряд операций его обработки и преобразования, который необходимо организовать оптимальным образом и обеспечить высокое качество результатов обработки продукта на каждой из операций. Поэтому формализация процесса функционирования СТЗ по аналогии с производственным процессом дискретного типа, представляющим ряд последовательных операций переработки некоторого материала со случайным временем их продолжительности, может быть проведена в терминах теории массового обслуживания [12, 13, 38, 39, 74].
Теория массового обслуживания является одним из разделов исследования операций, с которым часто приходится встречаться при решении разнообразных задач в области производства, хозяйственной деятельности или в военной области. При изучении системы методами исследования операций, четко формулируют ее задачи и выявляют элементы, действия которых создают помехи, не способствуют решению задач системы или способствуют этому не наиболее эффективным образом. В исследовании каждой операции различаются три этапа: построение модели явления или операции, анализ модели; реализация результатов исследования. Ниже приводится минимум необходимого математического аппарата для описания процессов массового обслуживания.
Общими характеристиками процессов массового обслуживания являются поток требований (заявок) на обслуживание и центр обслуживания этих заявок. В случае многоэтапного процесса обслуживания заявок в системе вводится по-