視覺系統——它們如何工作以及如何工作

由於機器人不是像人類一樣的生物體，它們沒有眼睛和大腦，為了接收視覺信息，它們需要稱為視覺系統的特殊技術感官設備。

視覺系統允許機器人接收工作對象和場景的圖像，使用一組數字設備對其進行轉換、處理和解釋，以便機器人執行器可以根據這些數據充分執行工作。

與非常敏感的系統相比，視覺系統能夠將高達 90% 的視覺信息傳遞給機器人，使其正常運行。因此，實現機器視覺的問題分幾步解決：信息被接收、處理，然後被分割和描述，然後被識別和解釋。

對以數字圖像形式提供的原始信息進行預處理，從中去除噪聲，提高場景或物體的各個元素的圖像質量。然後將信息分割——場景有條件地分成多個部分，這些部分被識別為單獨的元素，每個部分都可以被識別，然後突出顯示感興趣的對象。

所選對象通過特徵參數進行檢查，這些參數用信息數組描述，因此可以進一步通過參數選擇所需的對象。使用該程序標記和識別所需的對象。最後，識別出的對像被解釋並標記為屬於一組或另一組可識別對象，之後建立它們的視覺圖像。

在技術視覺系統中，圖像信息在光電轉換器和視頻傳感器的幫助下，以電信號的形式呈現。這本質上是一次初級轉換。通常，使用光學相機、敏感元件、掃描設備讀取圖像，然後放大信號。

這樣獲得的信息被分層處理。首先，圖像由視頻處理器處理。在這裡，關鍵參數是圖像的輪廓，它由組成圖像的一組點的坐標設置。此外，作為系統一部分的計算機為機器人生成控制信號。

視頻傳感器使用特殊電纜（例如光纜）連接到視覺系統的其他部分，信息通過這些電纜以高頻和最小損耗傳輸。

視頻傳感器本身可以具有點、一維或二維傳感元件。點敏元件能夠接收來自物體小部分的可見輻射，為了獲得完整的光柵圖像，需要沿平面掃描。

一維傳感器更複雜，它們由一排點元件組成，這些點元件在掃描過程中相對於物體移動。二維元素本質上是離散點元素的矩陣。

光學系統將圖像投射到敏感元件上，傳感器覆蓋的工作區域的大小是預先確定的。光學系統有一個可調光圈鏡頭，可以隨著鏡頭到被攝體的距離的變化來調整入射光量和聚焦銳度。

各種光電設備都可以充當視頻傳感器，從固態傳感器到基於真空管的攝像機。技術視覺的基礎是對來自這些傳感器的信息進行感知和預處理，而無需借助人工智能。

這是系統的最低級別。接下來是分析、描述和識別——這裡使用了現代計算機和復雜的算法軟件——中層。最高層次已經是人工智能了。

幾乎在工業機器人第一代視覺系統應用廣泛，可以為平面圖像和形狀簡單的物體提供足夠的工作質量。它們用於識別、分類和放置零件，檢查零件的尺寸，將它們與圖紙進行比較等。

視覺系統的典型實現如下所示。零件所在的機器人工作區域用燈照亮。在工作區域上方有一個觀察移動電視攝像機，視頻信息通過電纜從該攝像機傳送到技術視覺系統的主要單元。

信息（經過處理的形式）從主單元饋送到機器人控制單元。該設備嚴格按照從技術視覺系統軟件接收到的信息對零件進行分類，並將它們有序地包裝在容器中。

目前正在積極開發的智能自適應機器人，基於第二代和第三代系統，能夠處理三維圖像和更複雜的物體，進行更準確的測量，更仔細、更快速地識別物體。

當今科學和技術研究的主要方向是視覺系統和軟件及其算法支持的改進、特殊計算機的創建以及全新的視覺系統，因為機器人技術的使用需求越來越大，其領域產業實施不斷擴大。

今天，正在開發更先進的機器人敏感設備，能夠將盡可能多的外部信息傳輸給機器人。現在很清楚，複雜的傳感器原則上可以將場景和圖像作為一個整體來感知，這意味著未來機器人將能夠在工作區域的空間內獨立形成有目的的動作，而無需額外的外部刺激。