Sistemi visivi: come funzionano e come funzionano

Poiché i robot non sono organismi viventi come gli umani, non hanno occhi e cervello e per ricevere informazioni visive hanno bisogno di speciali dispositivi sensoriali tecnici chiamati sistemi visivi.

I sistemi visivi lo consentono robot ricevere immagini di oggetti e scene di lavoro, trasformarle, elaborarle e interpretarle utilizzando una serie di dispositivi digitali, in modo che l'attuatore del robot possa quindi, in base a questi dati, eseguire adeguatamente il lavoro.

Rispetto ai sistemi molto sensibili, sono i sistemi di visione in grado di fornire fino al 90% di informazioni visive a un robot affinché funzioni normalmente. Pertanto, il problema dell'implementazione della visione artificiale viene risolto in più passaggi: le informazioni vengono ricevute, elaborate, quindi segmentate e descritte, quindi riconosciute e interpretate.

Le informazioni originali fornite sotto forma di un'immagine digitale vengono pre-elaborate, il rumore viene rimosso da esso, la qualità dell'immagine dei singoli elementi di una scena o di un oggetto viene migliorata.Le informazioni vengono quindi segmentate: la scena viene condizionatamente suddivisa in parti riconosciute come elementi separati, ciascuno dei quali può essere riconosciuto, quindi vengono evidenziati gli oggetti di interesse.

Gli oggetti selezionati vengono esaminati in base a parametri caratteristici, che sono descritti con matrici di informazioni, quindi è possibile selezionare ulteriormente gli oggetti necessari in base a parametri. Gli oggetti richiesti sono contrassegnati e identificati utilizzando il programma. Infine, gli oggetti identificati vengono interpretati e contrassegnati come appartenenti all'uno o all'altro gruppo di oggetti riconoscibili, dopodiché vengono stabilite le loro immagini visive.

Nel sistema di visione tecnica, le informazioni sull'immagine, con l'ausilio di convertitori optoelettronici e sensori video, vengono presentate sotto forma di segnali elettrici. Questa è essenzialmente una trasformazione primaria. Solitamente l'immagine viene letta mediante una telecamera ottica, un elemento sensibile, un dispositivo di scansione, dopodiché il segnale viene amplificato.

Le informazioni così ottenute vengono elaborate gerarchicamente. Innanzitutto, l'immagine viene elaborata dai processori video. Qui, il parametro chiave è il contorno dell'immagine, che è impostato dalle coordinate dell'insieme di punti che lo compongono. Inoltre, il computer che fa parte del sistema genera segnali di controllo per il robot.

I sensori video sono collegati ad altre parti del sistema di visione mediante cavi speciali, come i cavi ottici, attraverso i quali le informazioni vengono trasmesse ad alta frequenza e con perdite minime.

Gli stessi sensori video possono avere elementi di rilevamento puntiformi, unidimensionali o bidimensionali.Gli elementi sensibili ai punti sono in grado di ricevere radiazioni visibili da piccole parti dell'oggetto e, per ottenere un'immagine raster completa, è necessario scansionare lungo il piano.

I sensori unidimensionali sono più complessi, sono costituiti da una linea di elementi puntiformi che si muovono rispetto all'oggetto durante la scansione. Gli elementi 2D sono essenzialmente una matrice di elementi puntuali discreti.

Il sistema ottico proietta un'immagine sull'elemento sensibile, determinando preventivamente l'ampiezza dell'area di lavoro coperta dal sensore. Il sistema ottico ha un obiettivo ad apertura regolabile per regolare la quantità di luce in entrata e la nitidezza della messa a fuoco al variare della distanza dall'obiettivo al soggetto.

Una varietà di dispositivi optoelettronici può fungere da sensori video, dai trasduttori a stato solido alle telecamere vidicon basate su tubi a vuoto. La base della visione tecnica è la percezione e la pre-elaborazione delle informazioni da questi sensori, senza la necessità di ricorrere all'intelligenza artificiale.

Questo è il livello più basso del sistema. Il prossimo è l'analisi, la descrizione e il riconoscimento - qui vengono utilizzati computer moderni e complessi software algoritmici - il livello medio. Il livello più alto è già l'intelligenza artificiale.

In pratica nei robot industriali sono diffusi i sistemi di visione di prima generazione, che forniscono un'adeguata qualità di lavoro con immagini piatte e oggetti dalle forme semplici. Sono utilizzati per riconoscere, ordinare e posizionare le parti, controllare le dimensioni delle parti, confrontarle con un disegno, ecc.

Una tipica implementazione di un sistema di visione si presenta così. L'area di lavoro del robot, dove si trovano le parti, è illuminata da lampade.Sopra l'area di lavoro è presente una telecamera mobile di osservazione, dalla quale le informazioni video vengono inviate via cavo all'unità principale del sistema di visione tecnica.

Dall'unità principale, le informazioni (in forma elaborata) vengono inviate all'unità di controllo del robot. Il dispositivo esegue lo smistamento delle parti, il loro imballaggio ordinato in contenitori in stretta conformità con le informazioni ricevute dal software del sistema di visione tecnica.

I robot intelligenti e adattivi che vengono attivamente sviluppati oggi, basati su sistemi di seconda e terza generazione, sono in grado di lavorare con immagini tridimensionali e oggetti più complessi, effettuare misurazioni più accurate e riconoscere gli oggetti in modo più accurato e rapido.

La direzione principale della ricerca scientifica e tecnica oggi è il miglioramento dei sistemi e del software di visione e il loro supporto algoritmico, la creazione di computer speciali, nonché sistemi di visione fondamentalmente nuovi, poiché l'uso della robotica è sempre più richiesto e il campo della sua l'implementazione industriale è in continua espansione.

Oggi sono in fase di sviluppo dispositivi sensibili più avanzati per robot, in grado di trasmettere al robot quante più informazioni esterne possibili. È ormai chiaro che sensori complessi possono, in linea di principio, percepire scene e immagini nel loro insieme, il che significa che in futuro i robot saranno in grado di formare autonomamente azioni mirate nello spazio dell'area di lavoro senza ulteriori stimoli esterni.

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