Корреляционные системы технического зрения

Корреляционные системы технического зрения. Двумерные КСТЗ основаны на анализе информации, снимаемой с участка плоскости сравниваемых изображений.

Двумерные КСТЗ делятся на аналоговые и аналого-цифровые, использующие оптический коррелятор, и цифровые, реализованные в виде спецпроцессора. Кратко рассмотрим варианты этих КСТЗ. Корреляционные СТЗ на базе оптического коррелятора.

Первый вариант КСТЗ без запоминания ТИ использует при совмещении сравниваемых изображений переменное направление вращения ЭИ. Функциональная схема КСТЗ представлена на рис. 1.18 1.6 . Система функционирует циклически. Цикл включает в себя следующие операции воспроизведение ТИ на экране индикатора телевизора - ТВ , совмещение сравниваемых изображений ТИ и ЭИ по углу их относительного разворота, определение линейных позиционных координат наибольшего значения ВКФ, выдача найденных значений ?i Последовательностью включения блоков КСТЗ управляет синхронизатор С в качестве ДТИ используется телекамера КТП-40 в системе применено контурное представление ТИ, осуществляемое схемой выделения контуров СВК . Порог П бинаризации изображения при выделении контуров устанавливается заранее в СВК в соответствии с высотой объекта, что дает возможность формировать контур ТИ, сохраняющий постоянство при смещении детали в рабочей зоне и неравномерной ее освещенности.

После воспроизведения контурного.

ТИ на экране телевизора с помощью модифицированного оптического коррелятора ОК Майера-Эпплера формируется ВКФ изображений ТИ и ЭИ. В данном варианте КСТЗ ЭИ представляет собой маску черного цвета с прозрачным участком, соответствующим в определенном масштабе контуру изображения детали на экране индикатора. Оптическое изображение ВКФ проецируется на фотокатод телевизионной передающей трубки ТПТ и преобразуется в последовательность электрических сигналов.

В качестве ТПТ используется диссектор ЛИ604К. Сканирование считывающего луча диссектора производится строчнокадровой разверткой, создаваемой блоком строчно-кадровой развертки БСКР и фокусирующе-отклоняющей системой ФОС . В течение первого кадра развертки запоминающее устройство 1 ЗУ1 , подключаемое через ключ Кл к выходу ТПТ, запоминает наибольшее значение видеосигнала, поступающего затем на первый вход схемы сравнения СС . На второй вход этой схемы в течение второго кадра развертки подается текущее значение видеосигнала.

При этом увеличение амплитуды видеосигналов за текущий кадр относительно предыдущего кадра обеспечивает появление импульса изменения максимума ИИМ , который поступает со схемы сравнения на управляющий вход запоминающего устройства 2 ЗУ2 . По этому сигналу ЗУ2 запоминает текущее значение напряжения, снимаемого с датчика угла ДУ . Значение пропорционально углу ?i разворота объекта в рабочей зоне. В качестве датчика угла использован потенциометр типа ППМЛ. Считывание диссектором изображения ВКФ производится одновременно с совмещением ТИ и ЭИ по углу, которое содержит два режима слепого просмотра изображения ВКФ с помощью ЗУ2 на интервале и 1.6 . В первом режиме вход схемы вычитания СВ подключается через коммутатор К к выходу триггера ТР с нулевым потенциалом СВ вычитает из напряжения UT сигнал, снимаемый с выхода триггера.

Сигнал, характеризующий рассогласование, через усилитель рассогласования УР поступает на блок релейного управления БРУ , исполнительный механизм ИМ и блок ступенчатой регулировки БСР скорости вращения ЭИ. Если - зона нечувствительности БРУ , то исполнительный механизм осуществляет поворот ЭИ к началу интервала возможного нулевого углового рассогласования ТИ и ЭИ. При достижении начала этого интервала триггер импульсом от БРУ перебрасывается в состояние 1 . Это обеспечивает разворот ЭИ от 0 до 360 и запоминание величины угловой координаты экстремума ВКФ. В момент достижения ЭИ угла 360 триггер перебрасывается в состояние 0 и управляет работой коммутатора, подключающего вход СВ к выходу ЗУ2. Запомненное значение экстремума отслеживается до момента выполнения условия - заданная точность отслеживания, при котором поворот ЭИ прекращается.

Длительность первого режима равна 20 - 32 с. Во втором режиме импульсы синхронизации запускают генератор вынужденных колебаний ГВК , выходные сигналы которого через УР обеспечивают слепой просмотр в интервале, который осуществляется за четыре колебания ЭИ относительно запомненного значения угловой координаты экстремума ВКФ. ГВК своими сигналами управляет также работой ЗУ2. После окончания вынужденных колебаний происходит отслеживание уточненного значения угловой координаты экстремума ВКФ и выдается сигнал окончания совмещения ТИ и ЭИ по углу. Этот сигнал, означающий также начало определения линейных позиционных координат, отключает БСКР от запоминающих устройств, которые фиксируют мгновенные значения напряжений, подаваемых на ФОС, характеризующих линейные позиционные координаты главного максимума ВКФ. Величины, снимаемые с, определяются усреднением по шести измерениям сказанных выше напряжений. Длительность описанного режима работы КСТЗ равна 15 с. Результаты исследований этого варианта КСТЗ приведены в табл. 1.3. Второй вариант КСТЗ с запоминанием ТИ , является модификацией описанной выше, и заключается в следующем телевизионное изображение запоминается на экране формирователя ТИ в телекамере использована ЗЭЛТ , сокращен цикл работы до 8 с, и уменьшены габаритные размеры коррелятора за счет применения малогабаритного стандартного кадра размером 36x36 1.6 . Результаты исследования КСТЗ приведены в табл. 6.3. Третий аналого-цифровой вариант КСТЗ отличается от описанных выше прежде всего тем, что в индикаторе ТИ, анализаторе ВКФ и синхронизаторе используются цифровые элементы, а необходимая информация извлекается при непрерывном вращении ЭИ 1.7 . Схема данного типа КСТЗ, приведенная на рис. 6.19, отличается от рассмотренных выше тем, что в нее включен распознаватель.

В связи с этим добавлена соответствующая операция цикла, который осуществляется за пять оборотов ЭИ первый оборот служит для стирания старого и записи нового ТИ, второй оборот предназначен для поиска и запоминания наибольшего значения ВКФ по координате, атретий - для оценки величин ДЈ, X значение Дп, определяется аналогично за четвертый и пятый обороты ЭИ. В качестве датчика ТИ используется телекамера КТП-40. КСТЗ работает следующим образом блок цифровой обработки видеосигнала БЦОВ выделяет из входного сигнала видеосигнал и импульсы синхронизации строки и кадра ИСС и ИСК . Затем видеосигнал подвергается обработке, позволяющей воспроизводить на экране ЗЭЛТ контурное и точечное ТИ. Точечное изображение формируется путем равномерного распределения точек по контуру или площади полного изображения.

Сигналы с выходов БЦОВ используются блоком строчно-кадровой развертки БСКР и отклоняющей системой 1 ОС1 для записи ТИ на экране ЗЭЛТ. С помощью модифицированного оптического коррелятора Майера-Эпплера формируется ВКФ ТИ и ЭИ. Эталонное изображение размером 36x36 мм выполнено в заданном масштабе в виде позитива фотографии ТИ. Прямоугольный растр ТПТ создается отклоняющей системой 2 ОС2 и блоком строчно-кадровой шаговой развертки БСКШР . Коммутатором отклоняющей системы КОС переключаются строчные и кадровые катушки 0С2, что обеспечивает оазворот растра на угол п 12. Введение данной операции позволяет снимать линейные координаты только с БСКШР, что дает возможность определять их с одинаковой погрешностью.

Видеосигнал, снимаемый с ТПТ, поступает на блок дискретно-аналоговых фильтров БДАФ . Таблица 1.2 Технические характеристики вариантов КСТЗ Вари-анты Рису-нок Назначение Погрешность оценки координат Допустимое смещение объекта Допустимый разворот объекта, град Быстродействие, tцк, с ДМх, ДМу, ДМ град. град. xmax, ymax, м xmax, ymax, в от размера рабочей зоны 1 6.18 Оценка положения детали в рабочей зоне ПМР 5,6 - 10,0 - 8,0 - 2,5 4,0 - 6,0 3,3 - 7,3 0,03 5,0 - 10,0 50,0 20 - 23 15,0 2 6.18 Оценка положения детали в рабочей зоне ПМР 0 - 5,5 - 3,6 - 9,0 0,5 - 4,2 0,7 - 2,9 0,17 20 - 30,0 360,0 20 - 23 8,0 3 6.19 Оценка формы и положения детали в рабочей зоне ПМР 0 - 2,3 1,5 - 3,9 0,3 - 3,2 1,1 - 3,5 0,14 20,0 - 30,0 360,0 1,0 - 5,0 4 6.20 Местоположение транспортного робота имеются имеются 0,1 - 0,5 имеются 15000,0 20,0 - 30,0 1,0 - 3,0 11,0 5 6.21 Местоположение транспортного робота имеются имеются 0,1 - 0,1 0,3 - 2,0 2000,0 - 3000,0 20,0 - 30,0 360,0 8,0 - численные значения не оценивались.

Блок ДАФ фильтрует видеосигнал от высокочастотных помех, характеризующих внутренние шумы ТПТ, значительно влияющие на точность оценки координат.

Блок фильтров состоит из последовательно соединенных полосового и режекторного фильтров и фильтра низкой частоты, причем первые два фильтра содержат схемы дискретизации сигналов по длительности, обеспечивающей подстройку параметров БДАФ в широком диапазоне частот.

Фильтрация высокочастотной помехи производится полосовым и режекторным фильтрами, а выделение - низкочастотной огибающей сигнала фильтром низкой частоты.