Информационные устройства систем стратегического уровня управления

5. Системы технического зрения

5.1. Общие сведения

Среди всех систем восприятия внешней информации системы техничес­кого зрения (СТЗ) обладают наибольшей информативностью. С помощью СТЗ осуществляется обнаружение, распознавание объектов, определение место­положения объектов и координат.

Но выполняемым функциям СТЗ можно разделить на три типа: распоз-нающие, обзорно-информационные и измерительные, которые, как правило, закладываются в одну СТЗ. Распознающие и измерительные СТЗ позволяют определять геометрические параметры объектов и нашли применение на опе­рациях контроля качества, классификации и сортировки неподвижных или движущихся объектов. Измерительные системы, кроме того, позволяют вычис­лять расстояние до объектов и определить их ориентацию. Обзорно-ин­формационные СТЗ служат для организации технологического процесса несредством анализа сцен.

Основным требованием предъявляемым к СТЗ является обеспечение возможности выполнения функций в реальном масштабе времени, т.е. со скоростью прохождения технологического процесса без задержек и прос­тоев и, как правило, сокращенные обрабатываемой информации. Помимо быстродействия, СГЗ характеризуются числом элементов дискретизации видеосигнала, числом градаций яркости видеосигнала, контрастом между фоном и объектам, требуемой освещенностью рабочей сцены и другими параметрами.

Обобщенная функциональная схема СТЗ приведена на рис.5.1. Блоки, входящие в схему, присутствуют, как правило, во всех СТЗ. Осветитель­ное устройство I световым потоком воздействует на объект 2. Отражен­ный световой поток фиксируется видеодатчиком 3, создавая в нем конт­растное изображение. Видеодатчик представляет собой некоторую опти­ческую систему и преобразователь свет-сигнал. Блоком 4 осуществляется преобразование сигнала видеоинформации из аналоговой формы в цифровой код. Блок 5 включает буферное запоминающее устройство (БЗУ) и устройство связи с ЭВМ. Блок 6 представляет собой или серийную ЭВМ или спе­циализированную ЭВМ, предназначенную для обработки изображений. МикроЭВМ выполняет следующие функции: по входным массивам цифровых дан­ных о состоянии рабочей зоны вычисляет координаты объектов, определя­ет их ориентацию, управляет работой робота, обеспечивает опрос сос­тояния других устройств СТЗ. Видеоконтрольное устройство 7 и дисплей В позволяют оператору контролировать изображение и следить за ходом выполнения программы обработки информации. Синхронная работа всех уст­ройств осуществляется блоком синхронизации 9.

Основным конструктивным элементом СТЗ является видеодатчик, кото­рый служит для преобразования оптического изображения в электрические сигналы. Качество изображения в первую очередь зависит от качественных показателей видеодатчика: чувствительности, разрешающей способности, световой и спектральной характеристик.

Чувствительность видеодатчика оценивается освещенностью, которую необходимо обеспечить на светочувствительном элементе для его нормаль­ной работы. Чем выше чувствительность, тем ниже требуемая освещенность сцены, области зоны обслуживания робота, в которой в данный момент направлена СТЗ. Сравнивать видеодатчики по чувствительности необходи­мо при заданном (фиксированном) отношении сигнал помеха. Поэтому численное значение чувствительности определяют величиной обратной осве­щенности фотослоя, обеспечивающий заданное отношение сигнал помеха на выходе видеодатчика. В инженерной практике чувствительность вслед­ствие видеодатчика оценивают освещенностью фоточувствительного слоя в люксах.

Разрешающая способность видеодатчика определяет его свойство создавать сигнал от мелких деталей, изображения. Этот показатель характеризуется апертурой характеристикой, обеспечивающей значение глубины модуляции сигнала в зависимости от размера деталей изображений (для передающих трубок от числа телевизионных строк, укладывающихся по высоте растра). За 100 % принимается размах сигнала от черно-бе­лого перепада крупной детали изображения.

Способность видеодатчика передавать градации яркости определяется световой (амплитудной) характеристикой, представляющей собой зави­симость тока сигнала от освещенности фотослоя.

Спектральная характеристика видеодатчика- зависимость величины сигнала от длины волны подающего светового потока одинаковой мощнос­ти для всех длин волн.

Показатели и характеристики видеодатчиком зависят от принципа пос­троения, светочувствительного материала, используемого для фотоэлект­рического преобразования, конструктивных и других факторов.

Видеодатчики телевизионного сигнала могут быть построены с исполь­зованием оптико-механических систем развертки, систем бегущего свето­вого луча, электронно-лучевых трубок и твердотельных фотоэлектрические преобразователей.

Оптико-механическая система используется в фототелеграфии и при передаче неподвижных изображений. Системы бегущего светового луча применяются в устройствах, объекты передачи которых могут быть изо­лированы от внешнего источника света. В современных СТЗ оптические изображения преобразуются в телевизионные сигналы в основном с помо­щью электронно-лучевых передающих трубок. Однако в перспективе ожи­дается постепенное вытеснение этих приборов твердотельными фотоэлект­рическими преобразователями.