Sistemas visuais - como funcionam e como funcionam

Como os robôs não são organismos vivos como os humanos, eles não têm olhos e cérebro e, para receber informações visuais, precisam de dispositivos sensoriais técnicos especiais chamados sistemas visuais.

Os sistemas visuais permitem robôs receber imagens de objetos de trabalho e cenas, transformá-los, processá-los e interpretá-los usando um conjunto de dispositivos digitais, para que o atuador do robô possa, de acordo com esses dados, executar adequadamente o trabalho.

Em comparação com sistemas muito sensíveis, são os sistemas de visão que são capazes de fornecer até 90% de informações visuais a um robô para que ele funcione normalmente. Assim, o problema de implementação da visão de máquina é resolvido em várias etapas: a informação é recebida, processada, depois segmentada e descrita, depois reconhecida e interpretada.

A informação original fornecida na forma de uma imagem digital é pré-processada, o ruído é removido dela, a qualidade da imagem de elementos individuais de uma cena ou objeto é melhorada.A informação é então segmentada — a cena é condicionalmente dividida em partes que são reconhecidas como elementos separados, cada um dos quais pode ser reconhecido, e então os objetos de interesse são destacados.

Os objetos selecionados são examinados por parâmetros característicos, que são descritos com matrizes de informações, então é possível selecionar os objetos necessários por parâmetros. Os objetos necessários são marcados e identificados usando o programa. Finalmente, os objetos identificados são interpretados e marcados como pertencentes a um ou outro grupo de objetos reconhecíveis, após o que suas imagens visuais são estabelecidas.

No sistema de visão técnica, as informações da imagem, com o auxílio de conversores optoeletrônicos e sensores de vídeo, são apresentadas na forma de sinais elétricos. Esta é essencialmente uma transformação primária. Normalmente, a imagem é lida usando uma câmera óptica, um elemento sensível, um dispositivo de digitalização, após o qual o sinal é amplificado.

A informação assim obtida é processada hierarquicamente. Primeiro, a imagem é processada por processadores de vídeo. Aqui, o parâmetro chave é o contorno da imagem, que é definido pelas coordenadas do conjunto de pontos que a compõem. Além disso, o computador que faz parte do sistema gera sinais de controle para o robô.

Os sensores de vídeo são conectados a outras partes do sistema de visão por meio de cabos especiais, como cabos ópticos, por meio dos quais as informações são transmitidas em alta frequência e com perdas mínimas.

Os próprios sensores de vídeo podem ter elementos de detecção pontuais, unidimensionais ou bidimensionais.Os elementos sensíveis ao ponto são capazes de receber radiação visível de pequenas partes do objeto e, para obter uma imagem raster completa, é necessário escanear ao longo do plano.

Os sensores unidimensionais são mais complexos, pois consistem em uma linha de elementos pontuais que se movem em relação ao objeto durante a digitalização. Elementos 2D são essencialmente uma matriz de elementos pontuais discretos.

O sistema óptico projeta uma imagem no elemento sensível, sendo previamente determinado o tamanho da área de trabalho coberta pelo sensor. O sistema óptico possui uma lente de abertura ajustável para ajustar a quantidade de luz recebida e a nitidez do foco à medida que a distância da lente ao objeto muda.

Uma variedade de dispositivos optoeletrônicos pode atuar como sensores de vídeo, desde transdutores de estado sólido até câmeras de televisão baseadas em tubo de vácuo vidicon. A base da visão técnica é a percepção e o pré-processamento das informações desses sensores, sem a necessidade de recorrer à inteligência artificial.

Este é o nível mais baixo do sistema. A seguir vem a análise, descrição e reconhecimento - aqui são usados ​​computadores modernos e softwares algorítmicos complexos - o nível intermediário. O nível mais alto já é a inteligência artificial.

Praticamente em robôs industriais sistemas de visão de primeira geração são difundidos, proporcionando qualidade adequada de trabalho com imagens planas e objetos com formas simples. Eles são usados ​​para reconhecer, classificar e posicionar peças, verificar as dimensões das peças, compará-las com um desenho, etc.

Uma implementação típica de um sistema de visão se parece com isso. A área de trabalho do robô, onde estão localizadas as peças, é iluminada com lâmpadas.Acima da área de trabalho, há uma câmera de TV móvel de observação, da qual as informações de vídeo são transmitidas por cabo à unidade principal do sistema de visão técnica.

Da unidade principal, as informações (em forma processada) são enviadas para a unidade de controle do robô. O dispositivo realiza a triagem das peças, sua embalagem ordenada em contêineres em estrita conformidade com as informações recebidas do software do sistema de visão técnica.

Os robôs inteligentes e adaptativos que estão sendo desenvolvidos ativamente hoje, baseados em sistemas de segunda e terceira geração, são capazes de trabalhar com imagens tridimensionais e objetos mais complexos, fazendo medições mais precisas e reconhecendo objetos com mais cuidado e rapidez.

A principal direção da pesquisa científica e técnica hoje é a melhoria dos sistemas de visão e software e seu suporte algorítmico, a criação de computadores especiais, bem como sistemas de visão fundamentalmente novos, uma vez que o uso da robótica é cada vez mais procurado e o campo de sua a implementação industrial está em constante expansão.

Hoje, estão sendo desenvolvidos dispositivos sensíveis mais avançados para robôs, capazes de transmitir o máximo possível de informações externas ao robô. Agora está claro que sensores complexos podem, em princípio, perceber cenas e imagens como um todo, o que significa que no futuro os robôs serão capazes de formar independentemente ações intencionais no espaço da área de trabalho sem estímulos externos adicionais.

Veja também:O que é visão de máquina e como ela pode ajudar?