Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития народного хозяйства страны, характеризующийся его структурной перестройкой, приводит к расширению сферы применения роботов на немашиностроительные отрасли промышленности, для обслуживания ядерных установок, проведения работ в шахтах глубокого залегания, а также для предупреждения и ликвидации последствий аварий на крупных производствах. Это становится возможным, в первую очередь, за счет оснащения роботов органами чувств, прежде всего искусственым (машинным) зрением. Стереозрение занимает центральное место в проблематике машинного зрения. Привлекательность стереотелевизионных методов состоит в возможности прямого непосредственного восстановления геометрии сцены.
Системы технического зрения (СТЗ), как прикладные реализации методов машинного зрения, находят широкое применение в робототехнических комплексах различного назначения. Дальномерные СТЗ позволяют измерить пространственные координаты поверхности и обнаружить препятствия. Полобные системы предназначены в первую очередь для транспортных роботов (ТР), имеющих самостоятельное значение в робототехнике. ТР могут иметь широкий спектр применения, особенно в экстремальных, опасных для человека условиях.
К далыюмерным системам относится и стереотелевизионная СТЗ (стерео-СТЗ), которая позволяет определить геометрические характеристики окружающих объектов. В настоящее время стерео-СТЗ находят все более широкое применение помимо робототехники, например при обра-
ботке аэрофотоснимков, для навигации, в медицине и сте-реомикроскопии. Цель работы:
рассмотреть современное состояние машинного сте-реозрения и выделить наиболее важные условия, влияющие на его эффективность;
учитывая робототехнические приложения, особое внимание уделить вычислительной эффективности, быстродействию предлагаемых алгоритмов, что должно обеспечить работу стереосистемы в режиме близком к реальному времени;
для уменьшения ошибок измерения координат разработать робастные алгоритмы, повышающие надежность на всех этапах решения.
Методы исследования. В реферируемой работе использованы методы динамического программирования, ди<| ференциального исчисления, методы регуляризации для решения некорректно поставленных задач, методы функциональной аппроксимации.
Научная новизна реферируемой работы состоит в следующем:
Предложен метод обработки СТИ, сочетающий одно
мерный оператор для обнаружения контурных при
знаков, (далее просто признаков), и двумерный опе
ратор пространственной аппроксимации для опреде
ления параметров найденного контура.
Разработан алгоритм отождествления признаков найденных на соответственных фрагментах изображений, образующих стереопару, основанный на методе динамического программирования.
Разработан метод отождествления найденных признаков на полном СТИ. Он основан на предложенном выше алгоритме и заключается в описании изображений стереопары деревьями, с их последующим согласованием для определения изоморфного поддерева соответствующих признаков.
Разработан алгоритм отождествления найденных признаков с учетом априорной информации о геометрии внешней среды, значительно повышающий надежность решения.
Практическая ценность реферируемой работы состоит в следующем.
Разработанный метод обработки СТИ, учитывает особенности его формирования и прост в реализации.
Разработанные алгоритмы отождествления признаков на СТИ от существующих отличает высокая вычислительная эффективность, благодаря подходу с использованием оптимального покрытия списков признаков.
Использование априорном информации о геометрии внешней среды значительно повышает надежность решения.
Разработана грубо-точная процедура юстировки сте-рео-СТЗ для использования в естественных условиях. При этом значительные отклонения ориентации телекамер устраняются механически, а оставшиеся, неустранимые, учитываются программным путем.
Реализация результатов работы. Выполненные в диссертации исследования явились частью плановых работ, ведущихся в Государственный институте физико-технических проблем. Предложенные автором методы и алгоритмы обработки и анализа СТИ применены в разработках ГосИФТП и одного из институтов Министерства обороны России, а также использованы при создании пакета программ для ввода СТИ, юстировки стерео-СТЗ, обработки и анализа СТЙ с получением модели внешней среды (МВС) и возможностью ее последующей визуализации. Практическое применение результатов работы подтверждено соответствующими документами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях молодых ученых и специалистов ИФТП, на научных семинарах в ИФТП, а также прошли апробацию на IV и V Всесоюзных совещаниях по робототехническим системам (1987,1990), на Всесоюзной конференции по искусствен ному интеллекту (1988), на IV Всесоюзной конференциі "Математические методы распознавания образов" (1989) на Всероссийском семинаре "Механика и управление дви жением роботов с элементами искусственного интеллекта' (1994, МГУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 1' печатных работ, из них 3 работы без соавторов, имеете изобретение. Список приведен в автореферате.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 80 страниц текста, 36 страниц рисунков, список литературы включает 91 наименование работ.