3. Основні функціональні задачі стз, вимоги до стз адаптивних роботів, узагальнена структура стз

Функціональні задачі СТЗ роботів можна розділити за рівнем їх відносної складності, яка характеризується таким рядом ознак:

1. Розмірність сцени, що розглядається (просторові задачі, що потребують аналізу тривимірних сцен).

2. Ступінь ізольованості об’єктів (задачі з одиничним об’єктом, з декількома об’єктами, що не дотикаються, з об’єктами, що дотикаються, з об’єктами, що перекривають один одного).

3. Однорідність об’єктів (при наявності ряду неоднакових об’єктів задача їх класифікації тим складніша, чим більш "схожі" одне на одне їх зображення).

4. Стаціонарність робочої сцени (зображення нерухомих об’єктів обробляти простіше, ніж тих, що переміщаються).

5. Число елементів зображення (чим більші розміри поля зору та чим вище роздільна здатність СТЗ, що вимагається, тим складніша задача).

6. Число градацій яскравості (задачі з двоградаційними (бінарними) зображеннями, як правило, простіші за задачі з багатоградаційними (напівтоновими) зображеннями).

7. Спектральний склад відеосигналу (сприйняття кольорового зображення складніше, ніж монохроматичного).

Роботи з адаптивним керуванням відрізняються здатністю автоматичної зміни (формування) керуючих програм безпосередньо в процесі роботи на основі інформації (в тому числі і відеоінформації) про контрольовані параметри.

Для виконання функціонального призначення СТЗ робота повинна забезпечувати:

• сприйняття оптичного сигналу та формування зображення;

• попередню обробку зображення (фільтрацію завад, корекцію спотворень тощо);

• сегментацію зображення сцени на складові частини – виділення потрібних об’єктів;

• аналіз зображення з розпізнаванням образів;

• передавання отриманих результатів в систему керування робота.

Узагальнена структура СТЗ подана на рисунку.

Білет 6

1.Твердотельный лазер.

Твердотельный лазер содержит в качестве активной среды кристаллы или стекла, которые активируются ионами металлов или ионами редкоземельных элементов. Эти активные ионы поглощают оптическое излучение в широкой спектральной области. Твердотельные лазеры преимущественно излучают в видимой и ИК-спектральной областях.Возбуждение происходит исключительно с помощью оптической накачки при использовании подходящих источников света в специальном устройстве. Твердотельные лазеры характеризуются относительно простой компактной конструкцией и высокой импульсной мощностью (при относительно низком качестве излучения). Активные среды. Генерацию лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 3 мкм можно получить при использовании большого числа ионов металлов, переходных элементов, редкоземельных элементов, актиноидов.

Рис. 2.29. Схема энергетических уровней трехуровневой системы (а) и четырехуровневой системы (б) (L — лазерный переход; R — релаксационные процессы)

Активные элементы изготавливаются в виде стержней с отполированными торцевыми поверхностями, с нанесенными зеркальными покрытиями.

К источникам излучения для оптической накачки предъявляется требование, чтобы основная часть излучения этих источников находилась в спектральной области, в которой лежат полосы поглощения лазерной активной среды. С увеличением энергии в разряде происходит сдвиг максимума излучения в сторону более коротких длин волн. Свойства излучения. Различные твердотельные лазеры генерируют излучение в широкой спектральной области: 0,3—3 мкм в импульсном режиме;0,69—2,6 мкм в непрерывном режиме. Излучение происходит в виде одиночных, спектрально относительно узких линий, которые не являются перестраиваемыми. Само излучение характеризуется: малой длиной когерентности (<1 м); большими колебаниями интенсивности излучения; слаборегулярным распределением интенсивности по поперечному сечению пучка, обусловленным пространственными неоднородностями кристалла,

Газовые лазеры. В этих лазерах в качестве активной среды преимущественно применяются возбужденные электрическим током газы или пары (нейтральные атомы или молекулы, ионы атомов или молекул). По сравнению с другими типами газовые лазеры характеризуются следующими специфическими свойствами: более значительные размеры. Активные среды газовых лазеров однородны и не имеют потерь так что достижимо более высокое качество пучка лазерного излучения!

Путем быстрой замены газа можно легко отвести выделяющееся тепло, так что достижимы высокие мощности в непрерывном режиме работы. Возможны более высокие абсолютные точности и стабильности частоты. Имеется большое число частот газового лазера от вакуумного УФ-диапазона до диапазона СВЧ (около 2 мм). Возбуждение среды газовых лазеров. Инверсия заселенностей в газах образуется путем возбуждения верхнего лазерного уровня и (или) опустошения нижнего лазерного уровня.

1 — лазерная трубка (длина активной зоны I, диаметр d), закрытая окнами, установленными под углом Брюстера; 2 — зеркало лазерного резонатора (полностью отражающее); 3 — зеркало лазерного резонатора (полупрозрачное, примерно 2— 30 %); 4 — источник питания; 5 — смесь газов

Обратная связь, необходимая для генерации излучения, усиливаемого в активной среде, создается лазерным резонатором (2 и 3 рис. 2.46). В простейшем случае лазерный резонатор состоит из двух зеркал. Следует различать резонаторы с внешними и внутренними зеркалами.

Газовый лазер благодаря лучшей однородности активной среды и более узкой ширине линии имеет более высокие параметры излучения: большую длину когерентности, стабильность интенсивности излучения, маленькую расходимость пучка, однородность по поперечному сечению. Спектральные свойства лазерного излучения в основном определяются сильным неоднородным (доплеровским) уширением. Одномодовый режим работы лазера может быть достигнут наряду с примененем частотно-селективных элементов с помощью коротких резонаторов (для He-Ne-лазера L≈10 см) и работы лазера вблизи порога.

Полупроводниковые лазеры. Полупроводниковые лазеры испускают в УФ-, видимом или ИК-диапазонах (0,32—32 мкм) когерентное излучение; в качестве активной среды применяются полупроводниковые кристаллы (основными материалами являются соединения типа А₁₁₁ В_V, А₁₁₁ В_V1, А₁₁ В_V1… и другие. Индексы I—VI обозначают соответствующие основные группы в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева). Полупроводниковые лазеры впервые реализован инжекционный лазер на основе GaAs. В настоящее время известно свыше 40 пригодных для лазеров различных полупроводниковых материалов. Накачка активной среды может осуществляться электронными пучками или оптическим излучением (0,32—16 мкм), в р—n-переходе полупроводникового материала электрическим током от приложенного внешнего напряжения. Инжекционные лазеры отличаются от всех других типов лазеров следующими характеристиками: высоким КПД по мощности (выше 10 %); простотой возбуждения (непосредственное преобразование электрической энергии в когерентное излучение — как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы); возможностью прямой модуляции электрическим током до ГГц-диапазона (до 10¹⁰ Гц); крайне незначительными размерами (длина менее 0,5 мм; ширина не более 0,4 мм; высота не более 0,1 мм); низким напряжением накачки; механической надежностью; большим сроком службы (до 10⁷ ч).

Частота испускаемого излучения определяется шириной запрещенной зоны ΔE. Ширина запрещенной зоны в различных полупроводниковых материалах изменяется в относительно широких границах, благодаря чему становится возможной генерация излучения в широкой спектральной области.