7 senzori za osmatranje okruzenja

Senzori za osmatranje okruženja

Jevtić Ana, 157/09

Đinđić Stefan, 37/09

Uvod u veštačku viziju Veštačka vizija je multidisciplinarno područje koje povezuje

računarstvo, elektroniku i robotiku sa ciljem da se veštački imitira čovekovu vizuelnu percepciju.

Senzor vizije je optoelektronski sistem koji pretvara optičko zračenje u sliku ili u električni signal

Prednosti veštačkog sistema vizije: brzina, kontinualni rad, objektivnost merenja, izdržljivost u nepogodnoj okolini

Uvod u veštačku viziju

Veštacka vizija je struktuirana hijerarhijski: Najniži nivo je procesiranje slike IP (Image Processing) Srednji nivo je klasifikacija likova PC (Pattern Clasification) Najviši nivo je analiza scene SA (Scene Analysis)


Prvi nivo u stvaranju vestacke vizije Bitne etape su:

resavanje problema sa ogranicavanjem scene, uzorkovanje scene i primarna obrada slike

Ograničenja scene: Objekti moraju biti vidljivi u području optičkog spektra u kome sistem vizije radi. Najvažnija ograničenja su : osvetljenost radnog prostora, raspored i vrsta proizvodne opreme, prisutnost prašine i eksplozivnih sastojaka...

Akvizicija slike je uzorkovanje scene u okviru postojećih ograničenja Pretprocesiranje se odnosi na poboljšanje i transformaciju slike u

formu pogodnu za dalju obradu. Obično obuhvata filtraciju šumova, podešavanje sjajnosti slike i podešavanje kontrasta.

Procesiranje slike


Drugi nivo - sposobnost prepoznavanja likova na sceni Koraci klasifikacije likova:

Segmentacija Ekstrakcija Klasifikacija

Detekcija ivica se sastoji u segmentaciji slike na elementarne ivice i njihovom spajanju u linije i konture objekta.

Ekstrakcija i klasifikacija se odnose na identifikaciju istovrsnih karakteristika različitih objekata radi njihovog poređenja i konačnog prepoznavanja.

Klasifikacija likova


Završni nivo veštačke vizije Koraci:

Interpretacija i Aktuacija

Interpretacija slike je vezana za razvoj veštačke inteligencije i

ekspertskih sistema U toku aktuacije rezultat interpretacije usklađuje se kroz interakciju

robota i scene radi preduzimanja naredne akcije sistema vizije

Analiza scene


Dva osnovna područja primene: vizuelna kontrola kvaliteta i vođenje robota

Vizuelna kontrola kvaliteta je poređenje neke slike ili njenog dela sa prethodno definisanim standardom. U industriji se razlikuju tri specifične oblasti primene: kontrola dimenzija, kontrola površine proizvoda i kontrola štampanih ploca u mikroelektronici.

Vizuelno upravljanje kretanjem robota sastoji se od planiranja trajektorije, izbegavanja kolizije sa predmetima u radnoj okolini, adaptivnog upravljanja pozicije i usmeravanja u 3D-prostoru na tačno određenu poziciju .

Primena veštačke vizije u robotici


Mogu biti aktivni ili pasivni U strukturi senzora vizije mogu se izdvojiti komponente:

Optički elementi (ogledalo, prizma, sočivo, filter) Optoelektronski senzor zajedno sa elektronskim kolima za primarnu

obradu signala (pretpojačavač, U/I konvertor, mehanizam za hlađenje) Kola za obradu signala slike (multiplekser, A/D konvertor,

mikroprocesor) Upravljačka jedinica za koordinaciju rada delova sistema i vezu sa

displejom Izvor osvetljenja, koji nije doslovno deo senzora vizije, ali jeste

komponenta bez koje se ne moze kompletirati slika objekta

Karakteristike senzora vizije

Elektronske kamere

Cevni senzori slike baziraju se na primeni elektronske vakuumske cevi. Zagrejana katoda fotoemisijom oslobađa mlaz elektrona čije se skretanje i fokusiranje upravlja elektromagnetskim poljima duž puta od katode do pređenog staklenog zida.

U zavisnosti od vrste fotoprovidnog sloja postoje različiti tipovi kamera: Vidikon Plumbikon Satikon Njuvikon

Elektronske kamere

Vidikon je kamera na bazi elektronske vakuumske cevi sa senzorskom elektrodom od Sb2S3.

Ekvivalentno električno kolo za elementarnu površinu na senzorskoj elektrodi vidikona predstavlja se kao paralelni spoj kondenzatora Ceq i otpornika Req.

Ic = Ceq dV / dt = Ceq (V1 - V2) / ∆ = k (V1 –V2)

Pošto se ekvivalentna otpornost Req menja zavisno od inteziteta upadne svetlosti Ein, na isti način će se menjati i razlika napona V1 –V2, odnosno struja Ic:

Ic = kEin

Vidikon kamera

Elektronske kamere

Ukupna vrednost struje kondezatora dobiće se dodavanjem struje mraka Idc:

I = Ic + Idc = kEin + Idc

Struja I je nelinearna jer je takav i fotoprovodni efekat, što se uzima u obzir pomoću distorzije Ƴ:

I = (kEin) Ƴ + Idc

Vidikon kamera

Elektronske kamere

Za neosvetljenu fotodiodu izlazni signal je približno nula, a za osvetljenu je proporcionalan intezitetu svetlosti – sa dinamičkim opsegom do 1 000: 1Faktor distorzije za vidikon γ≈0,65.Zaostalo naelektrisanje koje potiče od prethodne slike treba da je što manje. To se postiže malom kapacitivnošću Ceq odnosno debljinom fotoprovodnog sloja ≈ 20µm.Rezolucija odnosno razlikovanje dve susedne tačke na senzorskoj elektrodi zavisi od brzine skeniranja V i površine poprečnog preseka elektronskog mlaza. Ako znak ima pravougli presek dužine l, granična frekvencija skeniranja koja daje najbolju rezoluciju je:

Fc = V / l

Vidikon kamera

Elektronske kamere

Detektori sa prelivanjem naelektrisanja (Charge-Coupled Devices - CCD) su danas dominantno rešenje za elektronsku akviziciju slike, pokrivajući praktično sve aplikacije, od komercijalnih do vojnih i aplikacija za posebne namene.Daleke 1969. godine su dva američka fizičara, Viljard S. Bojl i Džordž E. Smit, radeći u Belovim laboratorijama (Bell Laboratories) osmislili i napravili prvi prototip CCD-a. Rukovodstvo firme tražilo je da se razvije poluprovodnički ekvivalent magnetskim memorijama koje su tada bile anticipirane kao tehnologija budućnosti.

Poluprovodnicke CCD kamere

Elektronske kamere

Prvi koncept video telefona zasnivao se na tada dostupnoj vidikon kameri koja je bila lako lomljiva i imala je kratak vek eksploatacije.Dodatna velika finansijska ulaganja, ogroman istraživački trud koji je uložen u razvoj tehnologije na svojim plećima je iznela kompanija Sony. Investicija je urodila plodom, jer je 1980. godine Sony na tržište plasirao prvu komercijalnu kolor CCD video kameru posle koje su usledili i CCD fotoaparati.

CCD kamere

Elektronske kamere

Kada se prekidac P zatvori, pozitivni prednapon V prikljucen na n+ -oblast diode, dioda je inverzno polarisana i nastaje ispražnjena zona. Ako se prekidač otvori i dioda osvetli, generisani parovi elektron-šupljina se razdvajaju i elektroni akumuliraju u kondezatoru.Vreme ekspozicije mora biti kratko da ne bi došlo do akumulacije naelektrisanja. Vreme

ekspozicije za jedan piksel

je od 50ns do 1µs odnosno

za celu matricu 512x512 iznosi

10-250ms.

Fotodioda i senzorska matrica

Elektronske kamere

Opisano električno kolo realizuje se u integrisanoj tehnici tako da se prekidač P zameni sa FET tranzistorom (SLIKA 6.18.b).Kada su diode i FET tranzistor od istog materijala (sicilijuma) tada dioda moze da se napravi kao sors FET-a i da se dobije FET transistor (SLIKA 6.18.c). Tipične dimenzije jednog piksela su 15x15 µm .Nedostatak ovih kola je sto gejt i drejn zauzimaju veci deo površine senzora. Aktivna površina je mnogo veća kada se fotodioda deponuje u tankom sloju na silicijumsku osnovu (SLIKA 6.18.d).

Fotodioda i senzorska matrica

Elektronske kamere

MOS tranzistor je i danas jedna od najmanjih struktura u integrisanoj tehnici, što znači da bi ovakva memorija imala potencijalno veliki kapacitet uz malo zauzeće površine integrisanog kola.Kada je problem kapaciteta razrešen, preostalo je još da se razreši drugi od dva velika problema u svakom memorijskom uređaju – adresiranje.Umesto kontinualnog prelivanja elektrona preko MOS struktura, tvorci CCD-a su se opredelili da naelektrisanja prebacuju diskretno, po fazama, čime se postižu zanemarljivi gubici u prenosu.

MOS kondenzator i senzorska matrica

Elektronske kamere

Kondezator se sastoji od metalne elektrode, termički oksidovanog silicijumskog sloja i osnovnog poluprovodničkog sloja p ili n-tipa. Očitanje akumuliranog naelektrisanja sa CCD elemenata senzorske matrice je daljinsko.Zbog velikog broja piksela (512x512) očitanje se realizuje u 3 etape:

Adresiranje Prenos naelektrisanja Multipleksiranje


Elektronske kamere

Na SLICI 6.20.a prikazan je principijelni dijagram daljinskog očitanja sa matrice fotoelementa.


Elektronske kamere

Sekvencijalno adresiranje primenjeno u vidikon kamerama je najprostije (SLIKA 6.20.b). Izlazni jednostruki provodnik služi za prenos fotonaelektrisanja, odnosno struje reseta, od adresnog kola do izlaza.Multipleksiranje se postiže sekvencijalnim adresiranjem. Očitanje je usklađeno sa kretanjem elektronskog mlaza po putanji skeniranja.Zrak se prvo kreće sleva na desno duž prve vrste, zatim na isti način od jednog do drugog elementa druge vrste i tako odozgo nadole do poslednje vrste. Frekvencija horizontalnog skeniranja je

a frekvencija vertikalnog skeniranja ƒV je iz tradicionalnog razloga usklađena sa frekvencijom napojne mreze od 50Hz, odnosno trajanje jedne slike je 40ms.


Elektronske kamere

Tipovi 2D matrice: XY matrica IL matrica FT matirca

XY matrica. Postoji više načina na koji se fotoosetljivi elementi i elementi za očitavanje povezuju u 2D-matricu. Kod XY senzora piksel se sastoji od fotodiode i MOS tranzistorskog prekidača.

Gejtovi svih MOS tranzistora spojeni su na jednoj liniji, koja predstavlja vrstu 2D-matrice i koja se adresira vertikalnim šift registrom. Kada se jedna takva linija adresiranjem dovede na pozitivni prednapon, sve fotodiode na toj liniji spajaju se na odgovarajuće vertikalne linije za očitanje.

Horizontalni šift registar paralelno prima podatke za očitanje, i na svom izlazu daje serijski video signal vrstu po vrstu.

Elektronske kamere

Elektronske kamere

IL matrica ili IL senzor (Interline Transfer) karakterističan je po očitanju sa međulinijskim prenosom. IL senzor sastoji se od fotodioda ili MOS kondezatora kao fotoosetljivih elemenata (SLIKA 6.22.b). IL senzor sličan je XY senzoru, ali su vertikalne linije za očitanje naelektrisanja zamenjene nizom CCD elemenata, koji tako formiraju vertikalni CCD registar.CCD registri su prekriveni slojem metala koji ga štiti od svetlosti. Nakon određenog vremena, paketi naelektisanja sa fotoelemenata prenose se do vertikalnih CCD registra.Vertikalni CCD registri paralelno predaju naelektrisanje, vrstu po vrstu, do horizontalnog CCD registra na cijem se izlazu dobija serijski video signal.

Elektronske kamere

FT matrica ili FT senzor (Frame Transfer) karakteristican je po očitanju sa prenosom cele slike. FT sensor sastoji se od većeg broja paralelnih CCD registra spojenih na zajednicki horizontalni CCD registar za očitanje (SLIKA6.22.c). Vertikalni CCD registri sastoje se iz dva dela. Prvi deo je fotoosetljiva oblast i označava se kao zona formiranja (detekcije) slike, a drugi deo koji je indentičan prvom je zona memorisanja i zaštićena je od svetlosti. Paketi naelektrisanja šalju se u zonu memorisanja, a u narednom periodu pomoću horizontalnog registra njen sadržaj iščitava se vrstu po vrsta i generiše izlazni video signal.Prednost FT senzora je u jednostavnosti strukture piksela, što omogućava dvostruko bolju prostornu rezoluciju piksela nego kod XY ili kod IL senzora

Elektronske kamere

Mesanje svetlosti. Spektar svetlosti može se oblikovati aditivnim mešanjem primarnih boja: crvene R (λ=700nm), zelene G (λ =546,1nm) i plave (λ =435,8nm).Rezultantna svetlost definiše se:

Luminentnim signalom, koji je proporcionalan sjajnosti:

Y = 0,30R + 0,59G + 0,11BHrominentnim signalom (signal razlike boja) koji sadrži informaciju o vrsti i zasićenosti boje:

R – Y = 0,70R – 0,59G – 0,11B

B –Y = -0,30R -0,59G + 0,89B

Kolor kamera

Elektronske kamere

Najrasprostranjeniji senzori vizije u robotici su razlicite verzije minijaturnih kamera. To su uredjaji namenjeni za televiziju i film, a sa odredjenim modifikacijama u konstrukciji primenjuju se u robotici.Tipicni parametri minijaturnih kamera su:

dimenzije od 2,5x2x3 cm do 5x5x10 cmbroj piksela od 128x128 do 500x582napajanje jednosmerno 10 V ili naizmenicno 220 Vmaksimalna struja 150-200 mAizlazna impdansa 75Ωprikljucni kabl za napajanje i spajanje sa monitorom 2-4 mtezina 200-400 grneosetljivost na vibracije do 2 kHzradon temperaturno podrucje od -100 C do +600 C.

Adaptacija kolor kamera

Elektronske kamere

Manipulator vođen kamerom treba da locira predmet, da ga podigne i montira na odgovarajuće mesto.Neka su u pitanju, na primer, kružni, eliptični ili pravougaoni metalni komadi sa 4 otvora (SLIKA 6.24.a), koje treba montirati na armature sa 4 zavrtnja. Za realizaciju ovog zadatka na manipulator je ugrađena minijaturna kamera sa širokougaonim objektivom.

Primena adaptirane kamere u asembliranju

Elektronske kamere

Proizvodnja kartona je tehnološki složen proces kojim se stari papir mehanički i hemijski razgrađuje do nivoa vlakana od kojih je sastavljen, a koja se koriste kao osnova za proizvodnju kartona. Izlazni proizvod automatizovanog procesa proizvodnje je karton sa premazom, osnovna sirovina za industriju ambalaže. Jednom rečju, želimo dobiti savršen proizvod.Sistem za automatsku vizuelnu inspekciju kartona se nameće kao prirodno rešenje kontrole kvaliteta proizvedenog kartona, a realizovan je uz pomoć tri CCD kamere, namenskog osvetljenja i PC računara, prema postavci prikazanoj na Slici 6.

Slika 6. Postavka

sistema za

detekciju defekata

Fabrika kartona „Umka“ iz Beograda

Elektronske kamere

Podesnim izborom optičkog podsistema i pozicije reflektora koji osvetljavaju površinu kartona, omogućeno je da se komponente sistema nalaze visoko iznad kartona u pokretu, pa instalacija sistema ne ometa proces proizvodnje.Slike sa kamera su u rezoluciji 800 x 1024 piksela, pa je ukupna pokrivena širina slike 2.4 m, što je veće od maksimalne moguće širine kartona.

Slika 7. Geometrija sistema za

inspekciju kartona


Elektronske kamere

Segment slike kartona koji sadrži defekt filtrira se prostornim filtrom niskopropusnikom opsega radi smanjivanja šuma CCD senzora.U sledećem koraku se primenom tehnike detektora ivice izdvajaju geometrijske forme u slici koje bi mogle odgovarati ivicama defekta. U narednom koraku se morfološkim

operacijama erozije i dilatacije slika „čisti“

od malih objekata i proračunavaju se

geometrijski parametri defekta koji se

koriste za njegovu klasifikaciju radi

procene kvaliteta kartona.

Slika 8. Faze algoritma za obradu slike


Elektronske kamere

Defekt se na originalnoj slici jasno prikazuje oivičen crvenim pravougaonikom minimalnih dimenzija.Ovakav univerzalan algoritam detekcije defekata dozvoljava i klasifikaciju istih po geometrijskim svojstvima (Slika 9) na osnovu kojih se statističkom obradom dolazi do zaključka o uzrocima defekata i vrši korekcija proizvodnog procesa u realnom vremenu radi njihovog uklanjanja.Primene ovakvog sistema vizuelne

inspekcije uključuju smanjivanje škarta

na zanemarljiv nivo, objektivnu analizu

kvaliteta kartona na osnovu numeričkih

parametara.

Slika 9. Primeri uočenih i klasifikovanih defekata


Sonar Sonar (SOund Navigation And Ranging) je ultrazvučni senzor koji

koristi propagaciju akustične energije na frekvencijama iznad čujnog opsega da bi prikupio informacije iz okoline

Koristi akustički impuls i njegov eho da odredi rastojanje od nekog objekta

Niska cena, male dimenzije, mala potrošnja i mali broj proračuna su ono što ga čini popularnijim od ostalih senzora za osmatranje

U nekim primenama je jedina vrsta senzora koja bi mogla da se upotrebi

Sonar

Tri različite, ali povezane namene: Izbegavanje prepreka - roboti koriste ove informacije za

planiranje puta oko prepreka i za izbegavanje sudara. Mapiranje – niz merenja se koristi za konstrukciju mape

okruženja Prepoznavanje objekata: obrađuje se sekvenca ehoa ili

sonarnih mapa da bi se grupisale strukture od jednog ili više fizičkih objekata od kojih potiče eho

Upotreba u robotici

Sonar

Transduktor sonara, T/R ima ulogu emitera (T) akustičkog impulsa (P) i prijemnika eha(E)

Objekat O koji se nalazi unutar snopa sonara reflektuje akustički impuls

Vreme t0 , koje se obično naziva time-of-flight (TOF), meri se od trenutka emitovanja impulsa do detektovanja eha

Razdaljina od objekta, r0 se racuna iz t0 po formuli

Princip rada

Sonar

Rasipanje snopa, akustička apsorpcija, turbulencije, strujanja i temperaturne fluktuacije okoline ograničavaju domet sonara i remete kvalitet dobijene slike

Skeniranje može biti: Mehaničko - okolina se snima pokretanjem osovine senzora u različitim

pravcima Elektronsko – senzori se uključuju po nekom redosledu radi

usmeravanja ultrazvuka Posto je udaljenost objekta O od centra T/R približno ista u toku

rotacije senzora, tačke dometa tipično formiraju krug. Za prepoznavanje okoline primenjuje se tehnika slike ili tehnika

karakteristicnog odziva

Princip rada

Sonar

Tehnika slike: Ultrazvučnim primopredajnicima skenira se okolina i TOF

postupkom meri rastojanje od predmeta Zbog rasipanja snopa, ogranicena je na rastojanja od nekoliko

metara Programi za analizu slike prilagođeni su konkretnoj nameni

Tehnika karakterističnog odziva: Temelji se na činjenici da svaki objekat reflektuje ultrazvuk na

specifičan način koji zavisi od njegovog oblika Dobijeni eho uporedjuje se sa referentnim eho signalima

Princip rada

Sonar

Primer razlike u signalu u zavisnosti od oblika objekta

Princip rada

Sonar

za rad u vazduhu najčešće se koriste elektrostatički i piezoelektrični transduktori

elektrostatički - osetljiviji i imaju veći propusni opseg, ali im je obično potreban prednapon od 100 V

piezoelektrični rade na manjem naponu, ali imaju uži frekvencijski odziv

Transduktor

Sonar

CTFM (Continuous-transmision frequency-modulated) sonari kontinualno emituju zvuk varirajuće frekvencije, obično testerastog oblika

Multipulse sonari - sonari koji emituju više od jednog impulsa Biomimetički sonari – imitiraju sisteme za viziju životinja kao što su

slepi miševi i delfini; imaju jedan emiter i par prijemnika, gde emiter oponaša usta ili nos, a prijemnici uši životinje.

Posebne vrste sonara

Sonar

Najvažnija ograničenja uključuju: širina snopa sonara utiče na smanjenje rezolucije merenja. Širi

snop pokriva veću površinu predmeta, pa je teško izdvojiti ispupčenja i udubljenja na objektu. Uži snop omogućava jasnije izdvajanje detalja.

relativno “spora” brzina zvuka (u odnosu na optičke senzore), usporava brzinu rada senzora. Novi impuls može da se emituje tek kada se prime svi reflektovani signali od prethodnog impulsa, inače će se javiti pogrešna očitavanja senzora. Mnogi sonari emituju impulse na svakih 50 ms, ali se suočavaju sa pogrešnim merenjima u okruženjima gde ima puno odjeka.

Ograničenja sonara

Sonar

kose glatke površine ne proizvode eho koji moze da se detektuje

artefakti uzrokovani višestrukim refleksijama daju merenja rastojanja od objekata koji ne postoje.

Ograničenja sonara

Laserski senzori za osmatranje okruženja

Postoje tri tipa laserskih senzora za osmatranje okruženja: Senzori zasnovani na triangulaciji Senzori zasnovani na modulaciji Time-of-flight senzori

Najčešće se može koristiti bilo koji izvor svetlosti Međutim, uglavnom se koriste baš laseri jer:

Mogu lako da generišu jake svetlosne snopove pomoću malih izvora Može se koristiti neprimetna infracrvena svetlost Laserski snopovi mogu biti vrlo uski Izvori svetlosti određene frekvencije dozvoljavaju lakše filtriranje

neželjenih frekvencija Izvori svetlosti određene frekvencije nisu toliko podložni refrakciji kao

izvori svetlosti širokog spektra frekvencija, itd.


Još jedna prednost – merenjem promene snage laserskog zraka posle reflektovanja od mete, može se estimirati reflektansa površine, što je pored oblika još jedna korisna informacija o objektu

Mana sve tri vrste senzora je postojanje odsjaja na uglačanim površinama, kao što su glatki metal ili voda, gde se svetlost nepredvidljivo reflektuje

Druga mana je takozvani laser footprint


Računaju rastojanje od nekog objekta na osnovu vremena koje treba svetlosnom impulsu da pređe put od izvora do objekta i nazad do detektora.

Drugacije se zovu i LIDAR (LIght Detection and Ranging) ili LADAR (LAser raDAR ili LAser Detection and Ranging)

koriste ultraljubičastu, vidljivu ili infracrvenu svetlost mogu se koristiti za detektovanje nemetalnih objekata, kamena,

kiše, oblaka, pa čak i pojedinačnih molekula

TOF senzori


Dva načina detekcije: nekoherentna ili direktna koherentna detekcija

Dve vrste modela impulsa: mikroimpuls lidar sistemi sistemi visoke energije

U robotici, najveći značaj ima mogućnost ovog senzora da proizvede trodimenzionalne mape terena, jako precizno izračuna rastojanje od površine tla, i obezbedi bezbedno sletanje robotskih letelica sa velikom preciznošću.

TOF senzori


Obično koriste kontinualni laserski signal koji je ili amplitudski ili frekvencijski modulisan

Posmatranjem pomeraja faze odlaznog i dolaznog signala, estimira se vreme puta, pa odatle udaljenost mete.

Domet ovih senzora je obično 20-40 m, a preciznost 5 mm

Senzori zasnovani na modulaciji


Princip rada: laserski zrak se projektuje na posmatranu površinu. Svetla tačka koja tada nastaje posmatra se iz druge pozicije. Pošto se poznaju relativni položaj i orijentacija lasera i senzora, uz prostu trigonometriju moguće je izračunati 3D poziciju osvetljene tačke na posmatranoj površini.

Obično je moguće postići preciznost od 0.1 piksela

Senzori zasnovani na triangulaciji


Prednosti: Laser poznate frekvencije može da se upari se veoma selektivnim

filtrom iste frekvencije, što eliminiše druge izvore svetla kao smetnje Korišćenjem ogledala i sočiva, mogu se meriti rastojanja od više tačaka

istovremeno Snop lasera se može preusmeriti ogledalima koja kontroliše računar,

tako da selektivno skenira data područja Mane:

potencijalan rizik za oči operatera zbog snažnih lasereskih zraka, pogotovo kada se koriste laseri nevidljive (npr. infracrvene) svetlosti

Odraz na uglačanim površinama utiče na pogrešna izračunavanja položaja

Senzori zasnovani na triangulaciji

Specijalni senzori vizije

Sastoji se od snopa optičkih vlakana, pri čemu se jednim vlaknima dovodi svetlost od izvora do radnog prostora, a drugim vlaknima se provodi reflektovana svetlost od objekata u radnom prostoru do optičkih prijemnika

Raspored optičkih vlakana na skeneru prilagođen je slici koja se skenira, što je na neki način primarna obrada signala: Linearni raspored vlakana - brzo skeniranje pravougaonih objekata Unakrsni raspored vlakana - pogodan za detekciju centra Koncentrični raspored vlakana - dobijanje informacije o ugaonim

zakretanjima Skener i optička vlakna su lakši u poređenju sa minijaturnim

kamerama, skener je prostorno odvojen od elektronskih kola za obradu signala i može lako da se ugradi na prste robota, a optički kabl pruža odličnu zaštitu od elektromagnetskih smetnji.

Senzori vizije sa optičkim vlaknima


Obrada slike počinje takozvanim komprimovanjem podataka - pri svakom skeniranju se registruju i šalju na obradu samo one pozicije gde je došlo do promene nivoa sivog u odnosu na prethodni sken

Jedna od primena ovih senzora je, na primer, kontrola kvaliteta proizvodnje – merenje hrapavosti površine

Senzori vizije sa optičkim vlaknima


Vidno polje se neprekidno menja zahvaljujuci kretanju senzora zajedno sa manipulatorom

Kretanje robota je bitno za akviziciju podataka pri inspekciji objekata Senzor je specijalno napravljen za montažu na šaku sa dva prsta:

Duž ivice jednog prsta postavljen je niz od osam mikrosočiva pomoću kojih se laserska svetlost razdvaja u osam paralelnih zraka. Na suprotnoj strani, tj. uz donju ivicu drugog prsta, postavljen je odgovarajući niz fotoprijemnika. Fotodiode detektuju prekid laserskog zraka kada se između prstiju nađe objekat.

Ispred fotodioda su filtri koji propuštaju samo lasersko svetlo, čime se poboljšava odnos signal šum .

Dinamički optički senzor vizije


Termičko zračenje može da se prati: istovremeno za sve tačke scene - paralelna metoda ili sukcesivno od jedne do druge tačke - metoda skeniranja)

Za registraciju merne informacije o temperaturnom polju koriste se fotopapir, filmska traka, ploče sa fotoelementima ili tankim slojem tečnog kristala i dr.

Dobija se termička slika, a sam uređaj koji služi za njeno dobijanje naziva se termograf ili termovizija

Korisna je u mnogim oblastima karakterističnim za robotiku: zavarivanje, rudarstvo, svemirska istraživanja, metalurgija i dr.

Vizija u IC spektru zasad je manje kvalitetna nego u vidljivom području zbog slabijih karakteristika IC senzora, zbog niskog kontrasta scene i visokog šuma (zračenja pozadine)

Infracrveni senzori vizije


Termovizijske metode zasnivaju se na primeni optoelektronskih senzora IC zracenja koji rade na određenoj talasnoj dužini: U veoma bliskom infracrvenom području, =0.76-1 m; U bliskom infracrvenom području, =1-3 m; U srednjem infracrvenom području, =3-8 m; U dugotalasnom infracrvenom području, =8-14 m; U dalekom infracrvenom području, =14-40 m;

Od kvantnih detektora upotrebljavaju se fotodioda, fotoprovodnik i fotoelement, a od termičkih termoelement, piroelektrik i bolometar – temperaturno osetljivi otpornik

Senzori IC zračenja mogu biti: Aktivni - osetljivi na IC zračenje veštačkog izvora koje je reflektovano sa

predmeta na sceni Pasivni - registruju zračenje predmeta u odnosu na reflektovano

zračenje Sunca



Rezolucija i dinamički opseg kod termovizije nisu dostigli efikasnost vizije u vidljivom delu spektra

Termovizija sa skenerom sastoji se od skenera za pretraživanje scene, optičkog dela pomoću koga se zračenje fokusira na detektor IC zračenja i računarskog sistema za obradu slike

Način skeniranja i prezentiranje slike prilagođeni su konfiguraciji i broju IC senzora u matrici

Ako je detektor IC zračenja viseelementni skeniranje je: Redno Paralelno Redno-paralelno


Hvala na pažnji!

7 senzori za osmatranje okruzenja

Documents