视觉系统——它们如何工作以及如何工作

由于机器人不是像人类一样的生物体，它们没有眼睛和大脑，为了接收视觉信息，它们需要称为视觉系统的特殊技术感官设备。

视觉系统允许机器人接收工作对象和场景的图像，使用一组数字设备对其进行转换、处理和解释，以便机器人执行器可以根据这些数据充分执行工作。

与非常敏感的系统相比，视觉系统能够将高达 90% 的视觉信息传递给机器人，使其正常运行。因此，实现机器视觉的问题分几步解决：信息被接收、处理，然后被分割和描述，然后被识别和解释。

对以数字图像形式提供的原始信息进行预处理，从中去除噪声，提高场景或物体的各个元素的图像质量。然后对信息进行分割——场景有条件地分成多个部分，这些部分被识别为单独的元素，每个部分都可以被识别，然后突出显示感兴趣的对象。

所选对象通过特征参数进行检查，这些特征参数用信息数组描述，因此进一步可以通过参数选择所需的对象。使用该程序标记和识别所需的对象。最后，识别出的对象被解释并标记为属于一组或另一组可识别对象，之后建立它们的视觉图像。

在技术视觉系统中，图像信息在光电转换器和视频传感器的帮助下，以电信号的形式呈现。这本质上是一次初级转换。通常，使用光学相机、敏感元件、扫描设备读取图像，然后放大信号。

这样获得的信息被分层处理。首先，图像由视频处理器处理。在这里，关键参数是图像的轮廓，它由组成图像的一组点的坐标设置。此外，作为系统一部分的计算机为机器人生成控制信号。

视频传感器使用特殊电缆（例如光缆）连接到视觉系统的其他部分，信息通过这些电缆以高频和最小损耗传输。

视频传感器本身可以具有点、一维或二维传感元件。点敏元件能够接收来自物体小部分的可见辐射，为了获得完整的光栅图像，需要沿平面扫描。

一维传感器更复杂，它们由一排点元件组成，这些点元件在扫描过程中相对于物体移动。二维元素本质上是离散点元素的矩阵。

光学系统将图像投射到敏感元件上，传感器覆盖的工作区域的大小是预先确定的。光学系统有一个可调光圈镜头，可以随着镜头到被摄体的距离的变化来调整入射光量和聚焦锐度。

各种光电设备都可以充当视频传感器，从固态传感器到基于真空管的摄像机。技术视觉的基础是对来自这些传感器的信息进行感知和预处理，而无需借助人工智能。

这是系统的最低级别。接下来是分析、描述和识别——这里使用了现代计算机和复杂的算法软件——中层。最高层次已经是人工智能了。

几乎在工业机器人第一代视觉系统应用广泛，可以为平面图像和形状简单的物体提供足够的工作质量。它们用于识别、分类和放置零件，检查零件的尺寸，将它们与图纸进行比较等。

视觉系统的典型实现如下所示。零件所在的机器人工作区域用灯照亮。在工作区上方有一个观察移动电视摄像机，视频信息通过电缆从该摄像机传送到技术视觉系统的主要单元。

信息（经过处理的形式）从主单元馈送到机器人控制单元。该设备严格按照从技术视觉系统软件接收到的信息对零件进行分类，并将它们有序地包装在容器中。

目前正在积极开发的智能和自适应机器人，基于第二代和第三代系统，能够处理三维图像和更复杂的物体，进行更准确的测量，更仔细、更快速地识别物体。

当今科学和技术研究的主要方向是视觉系统和软件及其算法支持的改进、特殊计算机的创建以及根本上新的视觉系统，因为机器人技术的使用需求越来越大，其领域产业实施不断扩大。

今天，正在开发更先进的机器人敏感设备，能够将尽可能多的外部信息传输给机器人。现在很清楚，复杂的传感器原则上可以将场景和图像作为一个整体来感知，这意味着未来机器人将能够在工作区域的空间内独立形成有目的的动作，而无需额外的外部刺激。