Устройство для распознавания и определения координат объекта манипулирования в рабочей зоне робота

 

Изобретение относится к радиотехнике и м.б. использовано при создании устр-в, предназначенных для выработки зрительной информсчции робота . Цель изобретения - повышение распознавания объекта манипулирования и точности определения координат. Устр-во содержит датчик 1 текущего изображения, преобразователь -2 электрического сигнала в оптический,коррелятор 3, телевизионная передающая трубка 4,блок 10 определения линейных координат, блок 12 выделения максимума взаимно-корреляционной функции , блок 13 определения угловой координаты, блок 14 разверток, механизм вращения, блок 17 памяти эталонного изображения,синхро1П1затор 18, Для достижения цели в устр-во введены блок 5 фильтров,блок 6 масштабирования , вычислитель 7 крутизны фронтов взаимно корреляционной функции,компаратор 8, генератор опорного сигнала 11, электронный ключ 9, коммутатор 15, механизм 15 смены кадров .3 ил. (Л со о 05 со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕ(НИХ

РЕСГ1УБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 С 01 $5/16

J3 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Qf6(! I: >,= 1.

Рис. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3985544/24-09 (22) 04. 12.85 (46) 30.01.88. Бюл. N - 4 (71) Сибирский физико-технический институт им. В.Д.Кузнецова при

Томском государственном университете им. В.В.Куйбышева и Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.А.Десятов, А.M.Êîðèêoâ, А.А.Сотников, В.И.Сырямкин и А.А.Фомин (53) 621.396.96(088.8) (56) Белоглазов И.Н. и Тарасенко В.П., Корреляционно-экстремальные системы. — M.: Сов.радио, 1974, с. 284, рис. 814.

Телевизионно-вычислительные устройства. — Томск, Изд-во Томского гос. ун-та, 1981, вып. 4, с. 103- 108. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ И

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА МАНИПУЛИРОВАНИЯ В РАБОЧЕЙ ЗОНЕ РОБОТА (57) Изобретение относится к радиотехнике и м. б. использовано при создании устр-в, предназначенных для выработки зрительной информации робота. Цель изобретения — повышение распознавания объекта манипулирования и точности определения координат.

Устр-во содержит датчик 1 текущего изображения, преобразователь 2 электрического сигнала в оптический,коррелятор 3, телевизионная передающая трубка 4,блок 10 определения линейных координат, блок 12 выделения максимума взаимно-корреляционной функции, блок !3 определения угловой координаты, блок 14 раэверток, механизм вращения, блок 17 памяти эталонного изображения, синхронизатор

1S. Для достижения цели в устр-во введены блок 5 фильтров, блок 6 масштабирования, вычислитель 7 крутизны фронтов взаимно корреляционной функции,компаратор 8, генератор опорного сигнала 11, электронный ключ 9, коммутатор 15, механизм 15 смены кадров.3 ил.

1 13

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для выработки зрительной информации робота.

Це.пь изобретения — повышение точности распознавания объекта манипулирования и точности определения координат.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предложенного устройства;на фиг. 2 — растры телевизионной передающей трубки; на фиг. 3 — сечения взаимно корреляционной функции (ВКФ), характеризующие работу блока фильтров, и вычислителя крутизны фронтов ВКФ.

Устройство содержит датчик 1 текущего изображения, преобразователь

2 электрического сигнала в оптический, оптический коррелятор 3, телевизионная передающая трубка (ТГТ) 4, блок 5 фильтров, блок 6 масштабирования, вычислитель 7 крутизны фронтов ВКФ,компаратор 8,электронный ключ 9,блок 10 определения линейных координат, генератор 11 опорного сигнала,блок 12 выделения максимума ВКФ, блок 13 определения угловой координаты,блок 14 разверток,коммутатор 15,механизм 16 вращения, блок 17 памяти эталонного изображения, синхронизатор 18 и механизм 19 смены кадров.

Устройство работает следующим образом.

Устройство работает циклически.

Цикл системы осуществляется за пять оборотов блока 17: на первом о6ороте блока 17 производится запись текущего изображения (ТИ) на экране преобразователя 2, на втором и третьем оборотах блока 17 определяется

1 коорДината л Х, на четвертом и пятом оборотах блока 17 определяется л л л координата dY (где Л Х, ЛУ вЂ” оценки координат объекта манипулирования (0M), определяемые устройством); причем угол di оценивается на любом из 2-5 оборотов блока 17.На очередном цикле работы устройства датчик

1 воспринимается ТИ и на экране преобразователя 2 воспроизводится ТИ

ОМ, которое вместе с эталонным иэображением блока 17 вводится в оптический коррелятор 3, формирующий

ВКФ ТИ и ЭИ. Поворот ЭИ блока 17 вокруг оптической оси коррелятора 3 осуществляется с помощью механизма

70639 2

16. ТПТ 4, содержащая фокусирующеотклоняющую систему, преобразует оптическое иэображение ВКФ в последовательность электрических сигна5 лов. С ТПТ 4 снимается видеосигнал, амплитуда которого пропорциональна относительному угловому развороту

TH и ЭИ, а положение наибольшего значения сигнала при строчно-кадровом считывании пропорционально линейному смещению ТИ относительно ЭИ.

Строчно-кадровая развертка формируется блоком 14. Для фильтрации видеосигнала служит блок 5, состоящий из последовательно соединенных полосового и режекторного фильтров и фильтра низкой частоты. Фильтрация высокочастотной помехи производится полосовым и режекторным фильтрами, а выделение низкочастотной огибающей сигнала — фильтром низкой частоты.

Отфильтрованный видеосигнал поступает на блок 12, вырабатывающий им25 пульс сравнения при выполнении условия:

Х, = (Х, — gF ) cos ь,. — (У, -aq)

siï o(; (1)

У = (Х вЂ” d () sin с + (Y — dq)

1 t 1

cos Ы,. где F,(X,, Y,), у (Х, У ) — функции, описывающие

ТИ и ЭИ в системах координат Х„О„У„ и

Х О Yq, связанных с ТИ и ЭИ;

 — площадь сравнивае45 мых иэображений;

Y (d(, 0 1) — взаимно корреляционная функция.

Сравнение видеосигналов производится за текущий и предыдущий обороты ЭИ блока 17 вокруг оптической оси

50 коррелятора. При этом растр ТПТ 4 поворачивается с помощью коммутатора

15 на угол d. после четных оборо1 тов ЭИ блока 17, а после нечетных оборотов ЭИ блока 17 растр возвращается в прежнее. угловое положение.

Блок 10 определяет линейные координаты съема значений пилообразных

39

13706 р

5 обеспечивается высокая вероятность правильного разпознавания и одинаковая погрешность оценки смещений по каждой координате. Так как для обеспечения распознавания необходимо осуществить сравнение значений крутизны обоих фронтов сечений ВКФ по оси абсцисс и оси ординат (т.е. обеспечить 15 сравнение характеристик ОМ по обеим осям системы координат ХОУ, связанной с рабочей зоной). Поэтому съем видеосигнала (т.е. ВКФ) производится с помощью блока 14, с которого также снимаются позиционные координаты OM. Съем указанных сигна; 1 ДТ (q,, ")

d( с+0 + д(ч (+ ) >i d t и

+ напряжений с блока 14, соответсtttytttщие линейным координата 1 0$ 0 1 точки наибольшей освещенн,1с ги tta Аотокатоде ТПТ 4.3а счет ново ота

Т растра на угол

2 гле d, d — сигналы, пропорциональные крутизне

55 переднего и заднего фронтов сечения ВКФ по оси 0 в точках, соответствующих отклонению от наибольшего значения

ВКФ на величину + 01 ;

d â€, d + — сигналы, пропорциональные крутизне переднего и заднего фронтов сечения ВКФ по оси 01 в точках, соответствующих отклонению от наибольшего значения

ВКФ на величину

После сравнения сигналов, характеризующих крутизну фронтов сечения

ВКФ по осям абсцисс (О () и ординат (0 ), компаратор 8 вырабатывает последовательно импульс сравнения, переводящий электронный ключ 9 в состояние,пропускающее сигналы с блолов с блока 14 вызван также тем,что добавление операции распознавания вызывает повышение скорости считывания

ВКФ телевизионной передающей трубкой, имеющей предел скоростных характеристик,определяющихся частотными параметрами строчно-кадровой развертки трубки. Отфильтрованный от помех сигнал с выхода блока 5 поступает на вход блока 6.

С выхода этого блока 6 сигнал поступает через вычислитель 7 на компаратор 8, сравнивающий текущее значение крутизны фронтов сечения ВКФ с эталонным значением, поступающим с генератора 11. Эталонное значение сигнала в генераторе 11 устанавливается для каждого ОМ, формирующего конкретный вид ВКФ. Вычислитель 7, компаратор 8 и генератор 11 реализуют следующее решающее правило: ка 14 на вход блока 10. Если не выполняется условие (2), то механизм

19 обеспечивает последовательную смену ЭИ блока 17 до его выполнения.

Если не выполняется условие (1),то механизм 16 обеспечивает последовательную смену ЭИ блока 17 до выполнения условия (2).Управление работой механизма смены 19 осуществляется по сигналу от синхронизатора 18, использующего информацию от компаратора 8. На этом один цикл работы устройства заканчивается. Следующий цикл начинается снова по сигналу от синхронизатора 18. Решающее правило (2) невозможно реали1овать, если не обеспечены поворот растра

ТПТ 4 (коммутатором 15) и фильтрация помех ВКФ (блоком фильтров 5).

На фиг. 2 показаны ориентации растров на втором (а), третьем (б), четвертом (в) и пятом (г) оборотах

ЭИ блока 17. Косыми:Ittния чи показаны расположения строк кажлого кадра развертки. Для простотll показано

35 и з о б р е т е н и я

Ф о р м у л а

Устройство для распознавания и определения координат объекта манипулирования в рабочей зоне робота, содержащее последовательно соединенные датчик текущего изображения и преобразователь >лектрическс>го сигнала в опiич»с кий,вход синхронизации которого ес>с динен с первым выходом син45 хронизатс>ра, а выход оптически связан с входом телевизионной передающей трубки через оптический коррелятор, вт >р >й вхс д которого оптически связан с выходом блока памяти эта50 лоннonо изоГ>ражения механически свя40 занного с механизмом вращения Вход сиllхрс>нn >.>nnn которого соединен с вторым»>,"с,1(>M синхронизатора и

5 13 70(> вг»го 5 строк каждого кадра.П >ворот растра TIIT 4 осуществляется за счет соответствун>щей коммутации катушек г

I...

На фиг. 3 приведены сечения ВКФ, характеризующие рабо.гу блока 5 и вычислителя 7, который может быть вьип>лнен в различных вариантах. Работа вычислителя 7 по первому варианту основывается на том, что амплитуды положительного и отрицательного сигналов продифференцированного сигнала пропорциональны крутизне фронтов входного сигнала. Второй вариант может быть реализован следующим образом: запоминается сечение, соответствующее наибольшему значению

ВКФ; оцениваются координаты наибольшего значения ВКФ; определяются нели- 20 чины,, ), соответствующие отклонению от наибольшего значения ВКФ; вычисляется крутизна фронтов ВКФ.На фиг. > показаны четыре сечения по оси ()с ВКФ, соответствующие развер- 25 тк» по строке TIIT 4 (а),два сечения

ВКФ,соответствующие развертке по кадру телевизионной передающей трубки 4 (б), сечение по оси О ВКФ, соответствующ»е развертке по кадру и снятое с выхода блока 5 (в), сечение по оси 0 г, ВКФ сигнала (в), пропущен— ного через вычислитель 7. Обозначения на фиг. Зв, соответствуют выражению ().

3 j

6 нхс>дом синхронизации бл ка разя»р >ь, блс>к определения у) лон >й коорnnldTbl первый выход котор<>го подклю— ч»н к первому входу блока определения линейных координат, выход блока выделения максимума взаимно корреля— ционной функции подключе.н к пррВо>1>7 входу блока определения углс>вой координаты, о т л и ч а ю щ е е с я т»м,что,с целью повышения точности распознавания объекта манипулирования и точности определения координат, в него введены механизм смены кадров, последовательно соединенные блок фильтров, блок масштабирования, вычислитель крутизны фронтов взаимно корреляционной функции и компаратор,а также генератор опорного сигнала, электронный ключ и коммутатор, при этом третий выход синхронизатора подключен к входу опорного сигнала, выход которого подключ»н к второму входу компаратора,выход которого подключен к первому входу электронного ключа, входу синхронизатора и второму входу блока определения угловой координаты, механически связанному с механизмом вращения, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока определения угловой координаты, третий вход которого соединен с выходом блока памяти эталонного изображения, вход которого соединен с выходом механизма смены кадров, вход синхронизации которого соединен с четвертым выходом синхронизатора, пятый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, четыре информационных входа которого соединены с четырьмя соответствующими выходами блока раэверток, пятый выход которого подключен к второму входу электронного ключа, выход которого подключен к второму входу блока определения линейных координат, четыре выхода коммутатора подключены к соответствующим входам кадровой и строчной разнерток телевизионной передающей трубки, выход которой подключен к вхс ду б>лока фильтров, выход которог< подключен к входу блока выделения максимума взаимно корреляционнс>й д>ункции.

1370639

Составитель Е.Прозоровская

Техред М.Дидык

Редактор Л.Пчолинская

Корректор И. Муска

Заказ 418/48 Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграАиуеское предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4