21 Лекция 17

Системы технического зрения роботов

Под «роботом» в наиболее широком смысле в настоящее время понимают любое автономное мобильное техническое устройство, способное самостоятельно перемещаться, ориентироваться в пространстве и выполнять определенные действия в автоматическом или автоматизированном режиме. Мобильные роботы могут двигаться по поверхности земли, в водной или воздушной среде, представлять собой роботизированные транспортные средства или антропоморфные (человекоподобные) устройства, в любом случае возникает задача получения и анализа визуальной информации об окружающем мире, на основе которой затем формируется автоматическое управление исполнительными органами робота. Системы технического зрения роботов являются одной из известных областей приложения методов и средств машинного зрения.

Кратко рассмотрим две крупные технологии технического зрения, связанные с роботами: интеллектуальное системы автомобильного базирования и зрение мобильных роботов.

Область применения - автомобильные системы

Технология автоматического визуального анализа дорожной ситуации для интеллектуальных систем управления автоматизированными наземными транспортными средствами должна включать

следующие характерные элементы:

- комплексное использование датчиков различного типа (ТВ, ИК, мм-радар, лазерный дальномер и др.), а также стереоинформации;

- автоматическую реконструкцию поверхности дороги и других значимых элементов трехмерной сцены наблюдения в реальном времени;

- автоматическое самоориентирование и самопозиционирование транспортного средства относительно дороги;

- автоматическое выделение препятствий в зоне движения транспортного средства;

- автоматическое слежение за поведением других участников движения;

- оценку сценариев развития событий, выдачу сигналов «тревоги» (для автоматизированных систем) либо формирование критериев управления (для автоматических систем);

- формирование «тревожных» сообщений водителю в случае реализации неблагоприятных или нестандартных сценариев развития событий в зоне видеонаблюдения;

- программно-аппаратные средства для реализации методов и алгоритмов сбора и обработки видеоинформации.

Целевые области применения такой технологии:

- создание автоматизированных транспортных средств повышенной безопасности;

- создание автономных транспортных средств боевого и двойного назначения;

- создание автономных транспортных средств для работы в агрессивных средах и другой обстановке, угрожающей жизни человека.

Ведущие компании мира и военные ведомства технологически развитых стран ведут активные работы в данном направлении, предполагающем как гражданские, так и военные области применения. Рассмотрим несколько примеров характерных разработок такого типа.

Компания General Motors разрабатывает систему автоматического управления транспортными средствами для легкового автомобиля Opel Vectra. Автопилот можно будет использовать в условиях плотного движения на скоростях до 100 км/ч. При этом система, получившая название Traffic Assist, сможет функционировать в полностью автоматическом режиме, не требуя выполнения каких-либо действий со стороны водителя. Комплекс Traffic Assist состоит из лазерных датчиков и видеокамер, информация с которых поступает на анализ в бортовой компьютер. Автопилот сможет распознавать дорожную разметку, препятствия и определять положение других участников дорожного движения. В зависимости от текущей ситуации компьютер будет отдавать команды двигателю, приводу рулевого колеса или тормозной системе.

Компании Volvo и Ford объявили о планах оснащения своих автомобилей новой интеллектуальной системой, эффективно предотвращающей аварийные ситуации, причина которых — усталость, ослабление внимания, сон водителя. Используется «активная» система, которая предусматривает переход автомобиля на автоматическое управление при отклонении от запрограммированных параметров. Компания Infiniti также планирует начать установку специальных «антисонных» систем в свои автомобили. Система состоит из видеокамеры, сенсора скорости и сигнального устройства. Ее основная задача — предупреждать нечаянное смещение автомобиля с полосы движения.

Компания Toyota сообщила о завершении работ над новым экспериментальным автомобилем ASV-2 («Advanced Safety Vehicle»), который оснащен девятью различными системами безопасности, позволяющими избежать аварийных ситуаций. Одна из систем следит за расстоянием до различных объектов перед автомобилем. И если она обнаруживает препятствие в опасной близости от автомобиля, раздается звуковой и световой сигнал. Если же водитель не реагирует на подаваемые сигналы, система начинает тормозить автоматически. Кроме того, автомобиль оборудован системой, следящей за объектами справа от водителя, на «слепой стороне». Система подает сигнал, если автомобиль приближается слишком близко к объекту правой стороной. Также отслеживается состояние дорожного покрытия: влажность, покрытие, обледенение.

Алюминиевый робот с тремя ногами и тремя руками был испытан в Германии в качестве водителя автомобиля. Робот Klaus был создан компанией Volkswagen AG, местным технологическим колледжем и группой Robert Bosch. Klaus оснащен тремя лазерными сканерами, стереокамерой, системой видео- и спутниковой навигации, а также радаром, соединенным с компьютером.

В США под эгидой ряда военных программ проводятся автомобильные гонки по бездорожью между беспилотными автоматическими автомобилями под названием «Большой вызов». Участники гонки автономно преодолевают 340 километров пустыни. Задачи по самостоятельной прокладке маршрута полностью ложатся на управляющие компьютерные системы. Типичным участником гонки является авторобот, созданный в университете Карнеги Меллона (США). Авторобот «Песчаная буря» (Sandstorm) сделан на основе внедорожника Hummer. Одной из наиболее сложных проблем для автороботов является преодоление препятствий. Система GPS держит автомобиль на правильном курсе с точностью до одного метра, но она не способна предупредить его о ямах или камнях. Поэтому помимо GPS робот оснащен специальными сенсорами, позволяющими определять препятствия. Лазерные радары «прощупывают» местность перед машиной и передают данные в центральный бортовой компьютер на базе четырех процессоров Intel Itanium 2. Помимо этого, с двух видеокамер поступает стереоизображение. Система использует специально написанное программное обеспечение. Кроме компьютера на базе Itanium, на автомобиле установлены еще четыре системы, каждая с двумя процессорами Intel Хеоn, на которых работают такие приложения, как доступ к картам и другой информации, контроль состояния автомобиля и управление им.