4.4. Обобщенные конусы
Обобщенным конусом (или цилиндром) называется поверхность, получаемая в результате перемещения плоского поперечного сечения вдоль произвольной пространственной кривой (хребта) под постоянным к ней углом, причем поперечное сечение преобразуется по правилу заметания объема. В техническом зрении метод обобщенных конусов независимо от других методов позволяет создавать образы трехмерных структур, что полезно при моделировании и для проверки соответствия построенных моделей исходным данным.
5.Распознавание
Распознаванием называется процесс разметки, т.е. алгоритмы распознавания идентифицируют каждый объект сцены и присваивают ему метки (гаечный ключ, перемычка). Обычно в большинстве промышленных систем технического зрения предполагается, что объекты сцены сегментированы как отдельные элементы. Другое общее ограничение относится к расположению устройств сбора информации относительно исследуемой сцены (обычно они располагаются перпендикулярно рабочей поверхности). Это приводит к уменьшению отклонений в характеристиках формы, а также упрощает процесс сегментации и описания в результате уменьшения вероятности загораживания одних объектов другими. Управление отклонениями в ориентации объекта производится путем выбора дескрипторов, инвариантных к вращению, или путем использования главных осей объекта для ориентирования его в предварительно определенном направлении.
Современные методы распознавания делятся на две основные категории: теоретические и структурные методы. Теоретические методы основываются на количественном описании (статическая структура), а в основе структурных методов лежат символические описания и их связи (последовательности направлений в границе, закодированной с помощью цепного кода).
6.Интерпретация
Интерпретацию - процесс, который позволяет системе технического зрения приобрести более глубокие знания об окружающей среде по сравнению со знаниями, полученными с помощью методов, изложенных выше. Рассматриваемая с этой точки зрения интерпретация охватывает данные методы как неотъемлемую часть процесса понимания зрительной сцены. Хотя в области технического зрения она и является объектом активных исследований, достижения пока весьма незначительны. Ниже мы кратко рассмотрим проблемы, представляющие современные исследования в этой области технического зрения.
Мощность системы технического зрения определяется ее способностью выделять из сцены значимую информацию при различных условиях наблюдения и использовании минимальных знаний об объектах сцены. По ряду причин (неравномерное освещение, наличие тел, загораживающих объекты, геометрии наблюдения) этот тип обработки представляет трудную задачу. Много внимания уделено методам уменьшения разброса в интенсивности. Способы обратного и структурированного освещения позволяют устранить трудности, связанные с произвольным освещением рабочего пространства. К этим трудностям относятся теневые аффекты, усложняющие процесс определения контуров, и неоднородности на гладких поверхностях. Это часто Приводит к тому, что они распознаются как отдельные объекты. Очевидно, многие из этих проблем обусловлены тем, что относительно мало известно о моделировании свойств освещения и отражения трехмерных сцен. Методы разметки линий и соединений представляют собой некоторые попытки в этом направлении, но они не в состоянии количественно объяснить эффекты взаимодействия освещения и отражения. Более перспективный подход основан на математических моделях, описывающих наиболее важные связи между освещением, отражением и характеристиками поверхности, такими, как ориентация.
Проблема загораживания одних объектов другими имеет место, когда рассматривается большое число объектов в реальном рабочем пространстве. Даже если бы система была способна идеально выделить группу объектов из фона, то все ранее рассмотренные двумерные процедуры описания и распознавания дали бы плохой результат для большинства загороженных объектов. Применение трехмерных дескрипторов было бы более успешным, но даже они дали бы неполную информацию.
Для обработки сцен требуются описания, которые должны содержать информацию о формах и объемах объектов, а также процедуры для установления связей между этими описаниями, даже когда они не являются полными. Несомненно, эти проблемы будут решены только путем разработки методов, позволяющих обрабатывать трехмерную информацию (полученную либо в результате непосредственных измерений, либо с помощью геометрических методов вывода) и устанавливать (необязательно количественно) трехмерные связи на основе информации об интенсивности образа.
Знание о том, в каких случаях интерпретация сцены или части сцены является невозможной, так же важно, как и правильный анализ сцены. Просмотр сцены из различных точек решил бы эту проблему и был бы естественной реакцией интеллектуального наблюдателя.
В этом направлении одним из наиболее перспективных подходов являются исследования в области технического зрения, основанного на моделях . Основной идеей метода является интерпретация сцены на основе обнаружения отдельных случаев соответствия между данными образа и трехмерными моделями простейших объемных элементов или же целых объектов, представляющих интерес. Зрение, основанное на трехмерных моделях, имеет другое важное преимущество: оно дает возможность обрабатывать несоответствия в геометрии наблюдения. Изменчивость образа объекта, наблюдаемого из различных положений, является одной из наиболее серьезных проблем технического зрения. Даже для двумерных случаев, где определена геометрия наблюдения, ориентация объекта может сильно влиять на процесс распознавания, если он не управляется соответствующим образом. Одно из преимуществ подхода, основанного на моделях, состоит в том, что в зависимости от известной геометрии наблюдения можно подбирать ориентацию трехмерных моделей с целью упрощения соответствия между неизвестным объектом и тем, что система видит из данной точки наблюдения.
7.Выводы
Основное внимание уделено понятиям и методам технического зрения, применяемым в промышленных приложениях. Сегментация является одним из наиболее важных процессов на ранней стадии распознавания образов системой технического зрения. Следующей задачей системы технического зрения является образование набора дескрипторов, который полностью идентифицирует объекты определенного класса. Обычно стремятся выбирать дескрипторы, наименее зависящие от размеров объекта, его ориентации и расположения. Хотя зрение и является трехмерной задачей, большинство современных промышленных систем работает с данными, которые часто упрощаются с помощью методов специального освещения или строго определенной геометрии наблюдения. Сложности возникают, когда эти ограничения ослабляются.
По существу зрение является трехмерной проблемой, поэтому в основе разработки многофункциональных систем технического зрения, пригодных для работы в различных средах, лежит процесс обработки информации о трехмерных сценах. Хотя исследования в этой области имеют более чем 10-летнюю историю, такие факторы, как стоимость, скорость и сложность, тормозят внедрение обработки трехмерной зрительной информации в промышленных приложениях. Мощность системы технического зрения определяется ее способностью выделять из сцены значимую информацию при различных условиях наблюдения и использовании минимальных знаний об объектах сцены. По ряду причин (неравномерное освещение, наличие тел, загораживающих объекты, геометрии наблюдения) этот тип обработки представляет трудную задачу. К этим трудностям относятся теневые аффекты, усложняющие процесс определения контуров, и неоднородности на гладких поверхностях. Это часто приводит к тому, что они распознаются как отдельные объекты. Очевидно, многие из этих проблем обусловлены тем, что относительно мало известно о моделировании свойств освещения и отражения трехмерных сцен. Методы разметки линий и соединений представляют собой некоторые попытки в этом направлении, но они не в состоянии количественно объяснить эффекты взаимодействия освещения и отражения. Более перспективный подход основан на математических моделях, описывающих наиболее важные связи между освещением, отражением и характеристиками поверхности, такими, как ориентация.
Проблема загораживания одних объектов другими имеет место, когда рассматривается большое число объектов в реальном рабочем пространстве. Даже если бы система была способна идеально выделить группу объектов из фона, то все ранее рассмотренные двумерные процедуры описания и распознавания дали бы плохой результат для большинства загороженных объектов. Применение трехмерных дескрипторов было бы более успешным, но даже они дали бы неполную информацию.
Разработка методов обработки трехмерной зрительной информации в роботизированных и автоматизированных системах в настоящее время задача актуальная, так как такие факторы, как стоимость, скорость, сложность вычислений, трудность реализации алгоритмов делают неприемлемыми многие уже существующие методы.
Список литературы
Анисимов Б.В., Курганов В.Д. Распознавание и цифровая обработка изображений.
Гонсалиес, Фу, Ли. Робототехника.
Катыс Г.П. Техническое зрение роботов.
Содержание
Техническое зрение роботов 1
1.ВВЕДЕНИЕ 1
2.СЕГМЕНТАЦИЯ 2
2.1.Проведение контуров и определение границы 2
2.1.1.Локальный анализ. 3
2.1.2.Глобальный анализ с помощью преобразования Хоуга. 5
2.2.Определение порогового уровня 8
2.2.1.Глобальные и локальные пороги. 8
2.2.3.Определение порогового уровня на основе характеристик границы. 10
2.2.4.Определение порогового уровня, основанное на нескольких переменных. 13
2.3.Областно-ориентированная сегментация 14
2.3.1.Основные определения. 14
2.3.2.Разбиение и объединение области. 17
2.4. Применение движения 18
2.4.1.Основной подход. 18
2.4.2.Аккумулятивная разность. 19
2.4.3.Определение эталонного образа. 22
3.ОПИСАНИЕ 23
3.1.Дескрипторы границы. 23
3.1.1.Цепные коды. 23
3.1.2.Сигнатуры. 25
3.1.3.Аппроксимация многоугольниками. 26
3.2.Дескрипторы области 27
3.2.1.Некоторые простые дескрипторы. 27
3.2.2.Текстура. 28
3.2.3.Скелет области. 28
4.СЕГМЕНТАЦИЯ И ОПИСАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР 29
4.1.Описание трехмерной сцены плоскими участками 30
4.2. Применение градиента 30
4.3. Разметка линий и соединений 31
4.4. Обобщенные конусы 31
5.Распознавание 32
6.Интерпретация 32
7.Выводы 35
Список литературы |
