УСТРОЙСТВО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам, получающим данные об окружающей среде посредством видеокамеры или других сенсорных устройств, и может быть применена к робототехническим системам, в частности мобильным. Особенности предметной области состоят в том, что предлагаемое устройство ориентируется на использование в массовых робототехнических комплексах, которые служат для решения задач групповой робототехники.
Уровень техники
Известны датчики технического зрения, которые объединяют в себе устройства, осуществляющие видео захват, и устройства, получающие дополнительную информацию об окружающей среде. Обычно в качестве таких устройств используются разнообразные дальномеры. Совмещение видеоданных с данными о расстоянии позволяет получить более точное представление об окружающей среде, порой вплоть до полноценной трехмерной модели пространства.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство Kinect корпорации Microsoft, описанное в заявке США № US 2010199228. Данное устройство представляет собой RGB и инфракрасную камеры и устройство обработки данных. Инфракрасная камера позволяет определять расстояние до объектов, находящихся в поле зрения камеры. Таким образом, датчик предоставляет не только видеоданные об окружающей среде, но и карту глубин. Однако данный датчик обладает следующими особенностями, не позволяющими его использовать в данной предметной области:
1. Обработка данных, получаемых с камеры, требует вычислительных мощностей, которые обычно превышают мощности, которыми располагает мобильный робот. Особенно если идет речь о применении в групповой робототехнике, где роботы имеют обычное, относительно простое строение.
2. Обладает ограниченным радиусом обзора.
3. Является слишком дорогим, чтобы иметь возможность оснастить каждого робота в группе.
Раскрытие полезной модели
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является уменьшении нагрузки на вычислительные системы робота.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в уменьшении нагрузки на вычислительные системы робота.
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что устройство технического зрения содержащее RGB-камеру, определитель расстояния до объекта, устройство обработки данных, отличающееся тем, что содержит подвижный кронштейн, содержащий, по крайней мере, два сервопривода и установленный на устройстве обработки данных, выполненном в виде логического блока, включающего микрокомпьютер с SD-картой и микроконтроллер, выполненный с возможностью приводить в движение сервоприводы перемещая камеру таким образом, чтобы найденный объект был в центре изображения и в конусе распространения сигнала определения расстояния, при этом микрокомпьютер выполнен с возможностью на основе библиотеки распознавания объектов выделять области изображения, в которых расположены найденные объекты, и с возможностью формировать запрос для микроконтроллера, а SD-карта выполнена с возможностью хранения библиотеки распознавания объектов с описанием объектов, которые требуется распознать, RGB-камера и определитель расстояния до объекта расположены на кронштейне. Определитель расстояния до объекта может быть представлен ультразвуковым дальномером.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:
значительно увеличилась область обзора устройства за счет того, что камера и определитель расстояния установлены на подвижном кронштейне;
к получаемой информации с устройства добавилась информация о расстоянии до наблюдаемого объекта за счет установки определителя расстояния.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства технического зрения где:
1 - RGB-камера, 2 - подвижный кронштейн, включающий в себя два сервопривода 3 и 4, 5 - ультразвуковой дальномер, 6 - логический блок, содержащий микроконтроллер 8 и микрокомпьютер 9, который содержит в себе SD-карту 7.
На фиг. 2 изображен общий вид устройства технического зрения.
Осуществление полезной модели
Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.
Предложенное устройство технического зрения состоит из RGB-видеокамеры 1 и определителя расстояния до объекта 5, установленных жестко на подвижном кронштейне 2, источника напряжения (на чертежах не показан), микрокомпьютера 9 и микроконтроллера 8. Кронштейн 2 состоит из двух сервоприводов 3 и 4. Сервопривод 3 позволяет вращать кронштейн 2 и RGB-камеру 1 вокруг вертикальной оси, сервопривод 4 позволяет совершать возвратно-вращательные движения вокруг горизонтальной оси. Кронштейн 2 жестко крепится к логическому блоку устройства 6 при помощи винтового соединения (на чертежах не показано). Также на кронштейне 2 жестко закреплен определитель расстояния 5. Определитель расстояния 5 закреплен таким образом, что он и RBG-камера 1 направлены в одну область. При этом RGB-камера 1 и определитель расстояния 5 откалиброваны таким образом, что на объект, расположенный по центру изображения, получаемого с RGB-камеры 1, также попадает луч определителя расстояния 5. Логический блок 6 подключен к источнику напряжения (на чертежах не показан) и содержит в себе микрокомпьютер 9 и микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8, соединяется с микрокомпьютером 9 по последовательному интерфейсу и осуществляет управление сервоприводами 3, 4, которые подключены к нему, и считыванием данных с определителя расстояния 5 при помощи аналого-цифрового преобразователя (на чертежах не показано) и передачи их на микрокомпьютер 9 для дальнейшей обработки. Микрокомпьютер 9 обрабатывает данные с RGB-камеры 1, которая подключена к нему по USB-интерфейсу. На микрокомпьютере 9 установлено ПО, которое детектирует на изображении объекты методом декомпозиции их признаков. Информация об объектах, которые требуется распознать, подается на микрокомпьютер 9 с помощью SD-карты 7. Микрокомпьютер 9 соединяется с внешним устройством (на чертежах не показано) (компьютером, роботом) при помощи интерфейса I2C. По этому интерфейсу передается информация о распознанных объектах на внешнее устройство. С внешнего устройства подаются команды, которыми можно настраивать работу устройства технического зрения.
Для реализации устройства технического зрения использовался микроконтроллер Arduino Nano и микрокомпьютер Raspberry PI.
Устройство может иметь различные реализации. Например, вместо ультразвукового дальномера может использоваться инфракрасный дальномер или любой другой датчик, позволяющий определить расстояние до объекта. Вместо кронштейна с двумя степенями свободы, может использоваться кронштейн с большим количеством степеней свободы. Также возможно использование другой модели микрокомпьютера, который будет выполнять также функции микроконтроллера. Также возможно изменение интерфейсов связи между частями устройства.
Примеры реализации
Принцип работы устройства технического зрения устроен следующим образом. В микрокомпьютер 9 помещается SD-карта 7 с описанием объектов, которые требуется распознать. Программное обеспечение, установленное на борту микрокомпьютера 9, на основе библиотеки распознавания объектов (Программа для ЭВМ «Библиотека распознавания объектов и сцен» свидетельство №2016611414), выделяет области изображения, в которых расположены найденные объекты. Далее микрокомпьютер 9 формирует запрос для микроконтроллера 8, микроконтроллер 8 приводит в движение сервоприводы 3, 4, перемещая камеру 1 таким образом, чтобы найденный объект был в центре изображения и в конусе распространения сигнала определителя расстояния. Когда объект попадает в конус, микроконтроллер 8 снимает измерения с определителя расстояния 5 и посылает значение на микрокомпьютер 9. Получив информацию о расстоянии до объекта, микрокомпьютер 9 формирует выходной ответ для робота (на чертежах не показан), содержащий перечень найденных объектов и расстояний до них.