視覚システム - 視覚システムがどのように機能するか、またどのように機能するか

ロボットは人間のような生き物ではないため、目や脳がなく、視覚情報を受け取るためには視覚システムと呼ばれる特別な技術的な感覚装置が必要です。

ビジュアルシステムが可能にするのは、 ロボット 作業オブジェクトとシーンの画像を受信し、一連のデジタルデバイスを使用してそれらを変換、処理、解釈し、ロボットアクチュエータがこのデータに従って適切に作業を実行できるようにします。

非常に高感度なシステムと比較して、ビジョン システムはロボットが正常に機能するために最大 90% の視覚情報をロボットに送信できます。したがって、マシンビジョンの実装の問題は、情報を受信、処理し、セグメント化して記述し、認識して解釈するといういくつかのステップで解決されます。

デジタル画像の形式で提供される元の情報は前処理され、ノイズが除去され、シーンやオブジェクトの個々の要素の画質が向上します。次に、情報がセグメント化されます。シーンは、条件に応じて個別の要素として認識される部分に分割され、それぞれが認識可能になり、対象のオブジェクトが強調表示されます。

選択されたオブジェクトは、一連の情報で記述された特徴的なパラメータによって検査されるため、さらにパラメータによって必要なオブジェクトを選択することが可能です。必要なオブジェクトはプログラムを使用してマークされ、識別されます。最後に、識別されたオブジェクトが解釈され、認識可能なオブジェクトの 1 つまたは別のグループに属するものとしてマークされ、その後、それらの視覚イメージが確立されます。

テクニカル ビジョン システムでは、光電子コンバータとビデオ センサーの助けを借りて、画像情報が電気信号の形式で表示されます。これは本質的に一次変換です。通常、画像は光学カメラ、感応素子、走査装置を使用して読み取られ、その後信号が増幅されます。

このようにして得られた情報は階層的に処理されます。まず、画像はビデオ プロセッサによって処理されます。ここで、重要なパラメータは画像の輪郭であり、画像を構成する一連の点の座標によって設定されます。さらに、システムの一部であるコンピューターはロボットの制御信号を生成します。

ビデオ センサーは、光ケーブルなどの特別なケーブルを使用してビジョン システムの他の部分に接続され、情報は高周波で最小限の損失で送信されます。

ビデオ センサー自体には、点、1 次元、または 2 次元の感知要素を含めることができます。点感応素子は、物体の小さな部分からの可視放射線を受け取ることができ、完全なラスター画像を取得するには、平面に沿ってスキャンする必要があります。

1 次元センサーはより複雑で、スキャン中にオブジェクトに対して相対的に移動する一連の点要素で構成されます。 2D 要素は本質的には離散点要素の行列です。

光学システムは画像を感応要素に投影し、センサーがカバーする作業領域のサイズは事前に決定されます。光学システムには、レンズから被写体までの距離の変化に応じて、入射光の量と焦点の鮮明さを調整する調整可能な絞りレンズが搭載されています。

ソリッドステートトランスデューサーからビジコン真空管ベースのテレビカメラに至るまで、さまざまな光電子デバイスがビデオセンサーとして機能します。技術的ビジョンの基礎は、人工知能に頼ることなく、これらのセンサーからの情報を認識し、前処理することです。

これはシステムの最低レベルです。次は、分析、記述、認識です。ここでは、最新のコンピューターと複雑なアルゴリズム ソフトウェアが使用されています。中間レベルです。最高レベルはすでに人工知能です。

特に 産業用ロボットでは 第一世代のビジョン システムは広く普及しており、平面的な画像や単純な形状のオブジェクトに対して適切な品質の作業を提供します。これらは、部品の認識、分類、配置、部品の寸法の確認、図面との比較などに使用されます。

ビジョン システムの典型的な実装は次のようになります。部品が配置されているロボットの作業領域はランプで照らされています。作業エリアの上には観察用のモバイル TV カメラがあり、そこからビデオ情報がケーブルでテクニカル ビジョン システムの本体に供給されます。

メインユニットから、情報（処理された形式）がロボット制御ユニットに供給されます。この装置は、テクニカルビジョンシステムのソフトウェアから受け取った情報に厳密に従って、部品の仕分け、コンテナへの整然とした梱包を実行します。

現在、第 2 世代および第 3 世代のシステムに基づいて積極的に開発されているインテリジェントで適応性のあるロボットは、3 次元画像やより複雑な物体を操作し、より正確な測定を行い、物体をより慎重かつ迅速に認識することができます。

今日の科学的および技術的研究の主な方向性は、視覚システムおよびソフトウェアとそのアルゴリズムサポートの改善、特殊コンピューターの作成、および根本的に新しい視覚システムです。これは、ロボット工学の使用とその分野の需要がますます高まっているためです。産業への導入は継続的に拡大しています。

現在、可能な限り多くの外部情報をロボットに送信できる、ロボット用のより高度な高感度デバイスが開発されています。原理的には、複雑なセンサーがシーンと画像を全体として認識できることが明らかになりました。これは、将来的にはロボットが追加の外部刺激なしで、作業エリアの空間内で目的のある行動を独立して形成できるようになるということを意味します。

以下も参照してください。マシンビジョンとは何ですか?それはどのように役立ちますか?