CC BY
17
УДК 004.932.2
ТЕХНИЧЕСКОЕ СТЕРЕОЗРЕНИЕ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ
А. О. Панаськов, Я. Е. Шумилина Научный руководитель - Л. В. Ручкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: panaskov79@gmail.com
Предложена система технического зрения с автономной калибровкой с описанием работы системы.
Ключевые слова: стереозрение, калибровка, техническое зрение.
TECHNICAL STEREOVISION OF MECHATRONIC SYSTEMS
А. О. Panas'kov, J. Е. Shumylyna Scientific supervisor - L. V. Ruchkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: panaskov79@gmail.com
A vision system with autonomous calibration with a description of the system operation is proposed.
Keywords: stereovision, calibration, technical vision.
Стереозрение - это система технического зрения, состоящая из двух камер (рис. 1), расположенных на определенном расстоянии друг от друга, позволяющая получать информацию о расстоянии до объекта, расположенного в видимом диапазоне обеих камер, тем самым построить карту глубин полученного изображения [1]. Обеспечить такую возможность позволяет эффект параллакса.
Параллакс - это расстояние, выраженное в пикселях между одной и той же точкой объекта, зафиксированной на двух изображениях, снятых в разных точках пространства в один и тот же момент времени [2].
Чем ближе к камерам находится объект, тем более выражен создаваемый им эффект параллакса. По величине параллаксаможно определить расстояние до i-й точки объекта по формуле [3]:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
Ахг-
где О - расстояние между камерами (база); Рх - масштабный коэффициентпо горизонтали; Ах -расстояние в пикселях между одной и той же точкой на двух изображениях.
- Ж/2 (2)
где Ж - ширина кадра в пикселях; РО¥х - величина угла обзора камеры.
Однако представленная зависимость применима только при точном совпадении оптических осей камер, то есть они должны быть параллельны с точностью до 1 пикселя на бесконечности, чего достаточно сложно достичь в реальном исполнении.
Следовательно, стереосистемы требуют некоторой калибровки. Для этого необходимо задаться заранее известным расстоянием до точки, видимой на обоих изображениях и путем совмещения этой точки определить смещение изображения в пикселях. После проведенной калибровки значение расстояние до /-й точки будет определяться следующим способом:
- ¿а '^а , (3)
Ахг- + Аха
где ZA — заранее известное расстояние до точки A; Ax — необходимое смещение изображения до совпадения точки A; Axt - расстояние в пикселях между одной и той же точкой на двух изображениях.
Тем самым расстояние до объекта не зависит от угла обзора камеры и величины базы (расстояния между камерами).
Для определения расстояния до точки A, необходимо использовать дальномер. Различают несколько видов цифровых дальномеров, а именно:
1. Лазерные.
2. Звуковые.
3. Радиотехнические.
Для технического зрения одним из ключевых факторов является скорость реакции на динамически изменяющуюся рабочую среду, поэтому звуковые датчики, неплохо зарекомендовавшие себя в робототехнике, в данном случае не применимы. Радиотехнические датчики, применяемые в ракетостроении для определения расстояния до земли, имеют достаточно высокую погрешность и не позволяют определить расстояние до конкретной точки. Лазерные датчики, в свою очередь, имеют высокий уровень ослабления излучения в водной среде, тем самым ограничивая дальность сканирования, но при этом являются более точными и дают возможность достаточно быстро получить информацию о расстоянии. Также лазерный датчик может быть направлен на заранее выбранную область интереса и получать информацию о расстоянии до объекта, расположенного в этом месте.
Однако эффект параллакса, наблюдаемый в стереозрении, при увеличении расстояния уменьшается, тем самым определение расстояния до объектов, находящихся после обработки изображения на одном и том же месте на изображениях, как для правой, так и для левой камеры, невозможно. Для устранения данного недостатка необходимо увеличить базу, но здесь есть и отрицательная сторона - объекты, находившиеся достаточно близко к системе стереозрения, могут оказаться не зоне видимости камер [4]. Следовательно, такая стереосистема нуждается в автономной системе изменения расстояния между камерами.
Тем самым получена функциональная схема системы калибровки (рис. 2). Данные с двух камер поступают на бортовой компьютер мехатронной системы (БК), информация о расстояния до объекта в заранее выбранной области интереса с лазерного датчика (ЛД) также поступает в бор-
товой компьютер. Оценивая информацию с камер и лазерного датчика, бортовой компьютер подает сигнал о требуемом расстоянии между камерами на микроконтроллер (МК), а тот в свою очередь на двигатель (Д), после чего сигнал через датчик обратной связи (ДОС) поступает обратно на МК для более точного позиционирования камер.
Рис. 2. Функциональная схема калибровки системы технического стереозрения
Полученная схема позволяет калибровать систему технического зрения и адаптировать ее для определения карты глубины на различных дистанциях.
Библиографические ссылки
1. Кудрявцев П. С. Системы технического зрения» с примерами решения задач в среде Matlab. М. : МАИ, 2015, 513 с.
2. Визильтер Ю. В. и др. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW и IMAQ Vision. М. : ДМК Пресс, 2016. 464 с.
3. Reddy S., Chatterjee B. N. An FFT-based Technique for Translation, Rotation and Scale-invariant Image Registration // IEEE Trans. on Image Proc. 1996. № 8. 1266-1271 p.
4. Алпатов Б. А. Оценивание параметров движущегося объекта в последовательности изменяющихся двумерных изображений // Автометрия. 1991. № 3. С. 21-24.
© Панаськов А. О., Шумилина Я. Е., 2019
