Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Кузьмин Сергей Алексендрович. Организация вычислительного процесса обработки изображений в системе технического зрения робота на базе микроЭВМ : ил РГБ ОД 61:85-5/4370

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ РОБОТОВ II

I.I. Алгоритмы визуального очувствления

роботов 15

1.2. Аппаратно-программные средства и

организация вычислительных процессов

в системах технического зрения роботов. 32

Цели диссертационной работы 38

ГЛАВА П. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ
АНАЛИЗА КОНТУРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМЕ ТЕХНИ
ЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ РОБОТА 39

2.1. Интегральные классифицирующие

характеристики 41

2.2. Система признаков для частного случая

преобразования сдвигов и поворотов 49

2.3. Метод определения ориентации объектов.. 62

Выводы. 67

ГЛАВА Ш. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАШОДЕЙСГВИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО

ЗРЕНИЯ РОБОТА 68

3.1. Разработка и исследование алгоритмов

восприятия и анализа видеоинформации... 70 3.2. Аппаратный блок системы технического

зрения ЮЗ

стр.

3,3. Программное обеспечение ЇЇЇ

Выводы. » . 123

ГЛАВА ІУ. РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЩОВАНИЕ СИСТШЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ АДАПТИВНОГО

РОБОТА..,, 125

4.1. Исследование аппаратно-программных

модулей системы. 125

4.2. Экспериментальное исследование

свойств системы 150

Выводы. 160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 163

ЛИТЕРАТУРА ...165

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 176

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 181

Введение к работе:

Актуальность проблемы. В настоящее время большинство существующих промышленных роботов работают по жестким программам, что требует предварительной организации полностью упорядоченной рабочей среды. В условиях выпуска средних и мелких серий изделий применение жесткопрограммируемых роботов из-за этого часто оказывается затруднительным. Поэтому в нашей стране и за рубежом большое внимание уделяется проблеме создания адаптивных роботов, снабженных средствами очувствления и способных на основе сенсорной информации в реальном времени корректировать свои действия в соответствии с изменяющимися условиями работы. Одно из главных мест в структуре таких роботов отводится системам технического зрения. Вопросам обработки зрительной информации в литературе уделяется достаточно много внимания. Однако специфика робо-тотехнических задач, требующая обработки больших объемов видеоинформации (изображений размером 128x128 элементов и более) в реальном времени (с циклом порядка I с) при реализации вычислительных процессов на доступных и сравнительно недорогих микро-ЭВМ, затрудняет использование традиционных методов цифровой обработки изображений, для которых временные ограничения не являются столь жесткими.

Важной производственной задачей, требующей средств очувствления, является автоматическое упорядочение неориентированных деталей. Ее решение необходимо для автоматизации таких операций, как кассетирование, сортировка деталей, комплектация компонент для сборки и т.п. В функции системы технического зрения здесь входит определение типа детали, ее положения и ориентации. Выпускаемые системы технического зрения работают лишь со сравни-

тельно узкими классами объектов, что сильно ограничивает область применимости подобных систем. Такая ситуация во многом объясняется жесткой специализацией или вычислительной сложностью известных алгоритмов обработки видеоинформации, а также недостаточной эффективностью аппаратно-программных средств, реализующих вычислительные процессы. В связи с этим актуальна задача создания эффективных методов обработки зрительной информации, работоспособных в возможно более широкой области практических ситуаций, и адекватной организации вычислительных процессов, реализующих эти методы в реальном времени на микроЭВМ.

Целью работы является разработка методов организации вычислительных процессов в системе технического зрения адаптивного робота для работы с неориентированными деталями и создание алгоритмического и аппаратно-программного обеспечения, реализующего эти процессы в реальном времени на микроЭВМ. Для достижения этой цели требуется решить следующие основные задачи:

I* Разработать и теоретически обосновать методы организации на микроЭВМ процесса анализа видеоинформации применительно к задаче определения типа, положения и ориентации объектов на рабочей плоскости.

2. На этой теоретической основе разработать алгоритмы и
аппаратно-программные средства управляемого ввода, целенаправлен
ного отбора и обработки зрительной информации, поступающей от
стандартной телекамеры, и провести макетирование аппаратного бло
ка, работающего совместно с микроЭШ "Электроника-бО".

3, Провести исследование предложенных алгоритмов и аппарат
но-программных средств путем машинного моделирования и в экспери
ментах по очувствлению серийного промышленного робота ТЭТ-10 при

работе с реальными промышленными деталями.

Научная новизна. В диссертации предложены и исследованы методы организации процесса обработки видеоинформации в системе технического зрения робота, позволяющие расширить функциональные возможности и улучшить технические характеристики системы, а также разработаны алгоритмы и аппаратно-программные средства, реализующие эти методы в реальном времени на микроЭВМ "Электроника 60". В частности, разработаны и теоретически обоснованы методы анализа изображений, отличающиеся однородностью вычислительных операций и допускающие эффективную реализацию в реальном времени; для повышения быстродействия системы и снижения требований к ресурсам микроЭВМ разработан метод целенаправленного отбора видеоинформации, ориентированный на предложенные алгоритмы анализа и позволяющий резко сократить объем перерабатываемых данных; теоретически, а также путем имитационного моделирования и экспериментально показано, что разработанная на основе предложенных методов и алгоритмов система технического зрения позволяет эффективно решать задачу классификации неупорядоченных деталей и определения их положения и ориентации, не замедляя темпа работы манипуляционного робота.

Методы исследования. Работа выполнена с применением методов вычислительной математики, теории дифференциальных уравнений, теории распознавания образов, методов проектирования цифровых автоматов. Проверка теоретических результатов и разработанных аппаратно-программных средств проводилась методами машинного и полунатурного моделирования.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы позволяют решать важные задачи, возникающие при создании систем

технического зрения роботов, такие как автоматическое формирование классифицирующих признаков, определение ориентации объектов на рабочей плоскости независимо от их свойств симметрии, обеспечение устойчивости работы системы к изменениям условий освещения. Разработанные алгоритмы и аппаратно-программное обеспечение, ориентированное на микроЭШ "Электроника 60", могут быть использованы при создании зрительных систем адаптивных промышленных роботов для работы с неупорядоченными деталями в гибких автоматизированных производствах.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена аналитически, результатами имитационного моделирования, а также данными полунатурных экспериментов на робототехническом комплексе с разработанной системой технического зрения.

Реализация результатов. Разработанные алгоритмы и техническая документация по аппаратной части системы технического зрения переданы в МНПО "Спектр" для использования при разработке аппаратно-программного обеспечения серийных датчиков и в НПО "Технопри-бор", где они используются при создании адаптивных робототехни-ческих комплексов для операций по упорядочению неориентированных деталей. Ожидаемый экономический эффект от внедрения переданных разработок составляет в сумме 61 тыс.руб. в год.

Разработанные алгоритмы и программы обработки изображений используются во ШИКИ СЧПУ при ПО "ЛЭМЗ" для расширения серийного программного обеспечения устройства числового программного управления УКМ-772, что позволит применять его для управления промышленными роботами в адаптивном режиме в комплексе с техническим зрением. Ожидаемый экономический эффект - 33 тыс.руб. на партию из 100 устройств.

Полученные в диссертации теоретические и практические результаты применены при разработке и создании робототехнического комплекса со зрением на базе серийного робота ТУР-10. Комплекс успешно демонстрировался на Международной выставке "Автоматиза-ция-83" и в настоящее время используется в Институте проблем управления для машинного моделирования и полунатурных исследований адаптивных робототехнических систем.

Использование результатов диссертационной работы подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Д Всесоюзном совещании по робототехническим системам (г.Минск,

  1. г.), на I Всесоюзной конференции "Автоматизированные системы обработки изображений" (г.Москва, 1981 г.), на П Международной конференции по искусственному интеллекту и сенсорно-управляющим системам роботов (ЧССР, Смоленице, 1982 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Адаптивные роботы-82" (г.Нальчик,

  2. г.), на IX Всесоюзном совещании по проблемам управления

(г.Ереван, 1983 г.), на П Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов приборостроительной промышленности (г.Москва, 1983 г.), на Московской городской конференции "Информатика, вычислительная техника, автоматизация в науке и технике, в народном хозяйстве" (г.Москва, 1983 г.), на Всесоюзном семинаре "Гибкие автоматизированные производства и роботы" (г.Суздаль, 1984 г.), на Ш Всесоюзном совещании по робототехническим системам и гибким автоматизированным производствам (г.Воронеж, 1984 г.), на Всесоюзном семинаре "Механика и управление движением роботов с элементами искусственного интеллекта" (г.Москва, МТУ, 1984 г.), на конференциях молодых ученых и специалистов Института

проблем управления в I980-I98I гг.

Публикации, структура диссертации. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ и получено авторское свидетельство на изобретение. Диссертационная работа изложена на 146 стр. основного текста, состоит из введения» четырех глав и заключения и содержит 40 рис,, Z приложения и список литературы из 102 наименований.

В первой главе рассматриваются известные методы обработки видеоинформации, используемые в робототехнических приложениях применительно к задаче классификации неупорядоченных объектов и определения их положения и ориентации. На основе обзора делается вывод о том, что алгоритмы и реализующие их системы не позволяют в достаточной степени удовлетворить поставленным требованиям. В заключительной части главы формулируются конкретные цели диссертационной работы по созданию и исследованию методов, алгоритмов и аппаратно-программных средств организации вычислительного процесса обработки видеоинформации в системе технического зрения адаптивного промышленного робота.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию методов классификации объектов и определения их положения и ориентации по контурным изображениям. Выводится однородная система независимых интегральных классифицирующих характеристик (признаков), инвариантных к заданному классу преобразований изображения -прежде всего к сдвигам и поворотам. Здесь же исследуются возможности повышения эффективности вычислительной реализации предложенных методов за счет целенаправленного отбора контурных точек и аппроксимации исходного контура ломаными. Показывается, что разработанный метод определения ориентации можно использовать

также и для дискриминации сторон зеркально несимметричных объектов.

В третьей главе на основе теоретических результатов, полученных в главе 2, строятся вычислительные алгоритмы анализа контурных изображений неупорядоченных объектов, разрабатываются алгоритмы предварительной обработки видеоинформации, обеспечивающие требуемые параметры контурных изображений, и предлагается структура аппаратного блока, обеспечивающего необходимую аппаратную поддержку при реализации этих алгоритмов на микроЭБМ. Здесь же исследуются пути повышения эффективности вычислительной реализации алгоритмов, предлагаются принципы организации взаимодействия модулей аппаратно-программного обеспечения, обеспечивающие повышение быстродействия и помехоустойчивости системы, и разрабатывается проблемно-ориентированное программное обеспечение, позволяющее в реальном времени определять тип, положение и ориентацию неупорядоченных изолированных объектов.

В четвертой главе путем машинного и полунатурного моделирования исследуется работоспособность предложенных алгоритмов и эффективность организации вычислительных процессов при их аппаратно-программной реализации. Приводятся результаты экспериментов, проведенных с целью исследования характеристик как отдельных аппаратно-программных блоков, так и всей системы технического зрения в целом. Экспериментально проверяется соответствие разработанной системы технического зрения предъявленным требованиям как по точности определения параметров положений объектов и надежности их классификации, так и по быстродействию.

В заключении делаются выводы по результатам проведенных в диссертационной работе исследований.

Подобные работы
Чобану Михаил Константинович
Аналитический синтез многомерных неразделимых сигналов и устройств для многоскоростных систем обработки изображений
Никитин Виктор Васильевич
Информационно-логическая модель автоматизированной системы обработки изображения
Киселев Антон Евгеньевич
Информационная система обработки изображений для оптоэлектронной спутниковой навигации по наземным ориентирам
Еремеев Андрей Викторович
Базовые алгоритмы и технологии координатной и яркостной обработки изображений в системах дистанционного зондирования Земли
Кочергин Андрей Михайлович
Алгоритмы и технологии предварительной обработки изображений в системах каталогизации данных дистанционного зондирования Земли
Брянцев Андрей Анатольевич
Алгоритмы вейвлет-анализа изображений в системах компьютерной обработки информации при производстве герконов и генераторных ламп
Егошкин Николай Анатольевич
Система обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов на основе сканерной тепловизионной съемки
Хебайши Мохамед Ахмед
Обработка изображения радужной оболочки глаза в системе идентификации личности
Вакунов Николай Вячеславович
Разработка и исследование многомасштабных алгоритмов обработки и анализа изображений в производственных системах контроля качества
Пресняков Олег Александрович
Система структурного восстановления и геометрической обработки космических изображений от видеодатчиков сканового принципа действия

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net