Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота




Скачать 71.82 Kb.
НазваниеМодель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота
Дата публикации23.06.2013
Размер71.82 Kb.
ТипДокументы
lit-yaz.ru > Информатика > Документы




Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота

А.Ю. Кручинин, С.В. Приймак

Оренбургский государственный университет
Компьютерное зрение является актуальной областью на современном этапе развития информационных технологий. Оно становится востребовано практически повсеместно – в армии, медицине, на производстве и для ряда повседневных задач. Одним из направлений компьютерного зрения является стереозрение, которое позволяет получить представление о глубине изображения, расстоянии до объектов, может использоваться при составлении трехмерной картины окружающего мира. Области применения стереозрения различны: автоматизированное управление движением роботов, включая наземные машины и беспилотные летательные аппараты; контроль передвижения объектов в охраняемой зоне; контроль качества промышленных изделий; построение 3D-модели окружающего мира для компьютерных игр и киноиндустрии, а также прочее [5].

Не смотря на активное развитие вычислительной техники, увеличению мощностей центральных процессоров и видеокарт, быстродействия и размеров оперативной памяти существующие алгоритмы стереозрения работают достаточно медленно [1]. Поэтому во многих областях применение методов стереозрения пока экономически невыгодно – гораздо дешевле использовать труд человека-оператора вместе с простейшими алгоритмами компьютерного зрения. Однако с большой степенью вероятности можно утверждать, что с течением времени ситуация изменится в сторону полностью автоматических систем управления роботами, для которых будут необходимы адаптивные системы стереозрения. Т.е. такие системы, которые в зависимости от сложности распознавания окружающего мира и поставленных задач будут адаптироваться по скорости движения и загрузки вычислительной системы путём выбора оптимального алгоритма стереозрения и его параметров.

В работе [4] была предложена модель, позволяющая на основе входных параметров: заданной достоверности оценки состояния объекта, производительности и затрат на проведение работ, осуществлять управление техническими средствами системы, занимающимися сбором данных, и выбором метода распознавания, на основе оценки сложности распознавания и достоверности результата. В качестве критерия выбора оптимального режима выступает минимизация расходов. Используя эту модель в качестве прототипа, была построена концептуальная модель адаптивной системы стереозрения, позволяющая оптимально управлять загрузкой вычислительной системы и скоростью перемещения робота на основе результатов оценки сложности и достоверности распознавания окружающего мира (Рис. 1).

На вход модели поступает заданное значение достоверности распознавания Dз и вектор параметров:

V = {U10, U20, U30, [U1 min, U1 max], [U2 min, U2 max], [U3 min, U3 max], K*}, (1)

где U10, U20, U30, – начальные значения параметров управления, [U1 min, U1 max], [U2 min, U2 max], [U3 min, U3 max] – диапазоны изменения параметров управления, K* – критерий оптимальности, который в задачах управления процессом распознавания обычно выбирается минимизацией затрат [2, 3]:

K* = min Z(P,D), PPз, DDз, (2)

где Pз и P – заданная и фактическая производительность системы, Dз и D – заданная и фактическая достоверность оценки состояния окружающего мира.



Рис. 1. Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота
В данной модели адаптация системы разделяется на три части:

• адаптация скорости (v) и направления (α) движения робота в подсистеме управления движением (U1={∆v, ∆ α});

• управление потоком поступающей информации на подсистему стереозрения через устройства и программы, взаимодействующими с объектом и передающими данными (U2={∆γ, RК, L, F}, где γ – угол поворота блока камер, которых не менее двух, RК – режимы работы камер (разрешение, частота кадров), L – параметры устройств воздействия на объект, которым является окружающий мир, например с помощью освещения, F – фокусировка камер);

• адаптация параметров стереозрения – выбором алгоритмов и их характеристик (U3={S, W}, где S – метод стереозрения, W – параметры метода).

Первоначально устанавливаются значения параметров управления равные входным параметрам:

U1 = U10, U2 = U20, U3 = U30. (3)

Подсистема взаимодействия с объектом может воздействовать на объект параметрами Y = φ1(L), а положение этой подсистемы по отношению к объекту определяется скоростью и направлением движения, задаваемые в соответствующей подсистеме управления. Принимаемые данные зависят от воздействия:

X = {x1, x2, …, xK}, X = φ2(Y), (4)

где K – число признаков.

Интенсивность потока информации λ определяется режимами работы средств регистрации блока взаимодействия (видео камерами). Данные на подсистему стереозрения поступают порциями, поэтому поток характеризуется объёмом информации N в порции, количеством передаваемых снимков изображения X* = {x*1, x*2, …}, которое зависит от числа камер, и периодом между предыдущей группой данных ∆t.

λ = X*: ∆t, N; X* = φ2(U2, X). (5)

В подсистеме стереозрения осуществляется составление трёхмерной модели M видимой части окружающего мира, оценка сложности распознавания Sl и достоверности D:

M = SM (W, λ), D = SD (W, λ), Sl = SSl (W, λ). (6)

Так как данные поступают в реальном времени, то результат распознавания трёхмерной модели является функцией от времени M = f(t), также как и Sl = f1(t), D = f2(t). В подсистеме выбора оптимального режима производится расчёт рассогласования между заданной и фактической оценками достоверностей распознавания состояния объекта:

D = Dз D. (7)

После чего, согласно критерию K*, а также руководствуясь ∆D, Sl, M и вектором входных параметров V, устанавливается оптимальный режим движения робота и функционирования подсистем с параметрами управления, вычисленными для конкретного случая:

U1 = FU1 (V, ∆D, Sl, M), U2 = FU2 (V, ∆D, Sl, M), U3 = FU3 (V, ∆D, Sl, M). (8)

Выбор оптимального режима осуществляется путём нахождения минимума целевой функции Z(P,D) для каждого момента изменения режима. В самом простейшем случае, когда подсистема управления робота манипулирует только изменением скорости движения, вид целевой функции представлен на рисунке 2 [2].


Рис. 2. Графики материальных затрат ^ Z от скорости движения робота v; где Z0 – затраты, независящие от скорости; Z1 – затраты на исследование объекта, зависящие от скорости; Z2 – затраты, определяемые достоверностью результата
Наибольшей трудоёмкостью в реализации предлагаемой модели является разработка подсистемы стереозрения, которая должна помимо выдачи результатов в виде расстояний до объектов осуществлять расчёт достоверности и сложности распознавания.

Алгоритмов стереозрения существует множество [1], у каждого из которых есть свои достоинства и недостатки. Обычно классифицируют алгоритмы на локальные и глобальные [6]. Локальные алгоритмы оперируют частями изображения, например, вычисляют степени сходства каждых точек на нескольких изображениях. Глобальные алгоритмы используют все точки изображения для нахождения их расхождения.

У локальных алгоритмов есть преимущество в производительности, но недостатком является то, что они не оперируют всем изображением – поэтому не может использовать знание о наличии однородных объектов. Одномерные алгоритмы вообще обрабатывают строки изображений независимо друг от друга, что естественно накладывает отпечаток на полученные результаты. Хотя данные алгоритмы могут быть легко распараллелены, что очень важно в настоящее время.

Глобальные алгоритмы, в которых используются методы динамического программирования, модели случайных полей Маркова и другие, достаточно громоздки и тяжело поддаются распараллеливанию, но достоверность их распознавания выше, чем в локальных алгоритмах.

Выбор алгоритма стереозрения существенно влияет на производительности работы всей модели и на достоверность распознавания, поэтому использования различных алгоритмов даёт большое преимущество – при низкой сложности распознавания можно применять быстрые алгоритмы, а при высокой – медленные. В зависимости от этого будет выбираться и скорость движения робота, которая во многом ограничивается вычислительной мощностью подсистемы стереозрения.

Дальнейшее развитие предложенного подхода включает в себя решение следующих задач:

• разработка метода оценки сложности и достоверности распознавания трёхмерной модели окружающего мира;

• модернизация существующих и разработка собственных вариаций алгоритмов стереозрения, позволяющих помимо результатов распознавания выдавать значения их сложности и достоверности [3];

• выбор стратегии установки оптимального режима работы адаптивной системы стереозрения;

• подбор аппаратного и программного обеспечения для подвижного робота.

Литература:

1. Вахитов А.Т., Гуревич Л.C., Павленко Д.В. Обзор алгоритмов стереозрения // Стохастическая оптимизация в информатике. Выпуск 4. – СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2008. – С. 151-169.

2. Кручинин А. Ю. Оптимизация режимов работы каротажных станций на основе анализа сложности идентификации состояния буровой скважины : дис. канд. техн. наук: 05.13.06 / А. Ю. Кручинин. - Оренбург : [Б. и.], 2007. - 150 с.

3. Кручинин А.Ю. Управление процессом распознавания образов на основе оценки его сложности : Сборник статей X международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» / А.Ю. Кручинин. – Пенза: РИО ПГСХА, 2009. – С 143-149.

4. Кручинин А.Ю., Аралбаев Т.З. Модель динамической оптимизации режимов мониторинга и диагностирования буровой скважины // Известия ОрелГТУ, серия «Информационные системы и технологии». – 2006. – № 1 (2). – С. 81-85.

5. Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 928 с.

6. Scharstein D., Szeliski R. A taxonomy and evaluation of dense two-frame stereo correspondence algorithms // Int. Journal of Computer Vision 47. April-June 2002. PP. 7–42.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота icon2. Модель развертывания Схема рабочей загрузки
Данный документ содержит модель реализации системы VideoStorm, которая предназначена для ведения видеоархива телеканала юургу-тв....

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconСетевое web программирование для профиля
Для краткости мы будем называть эту модель просто модель Модель имеет семь уровней. Появление именно такой структуры было обусловлено...

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота icon«Развитие адаптивной системы обучения и воспитания как основы индивидуального...
«Повышение качества школьного образования за счёт совершенствования деятельности школьной библиотеки»

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота icon2. Структура базы данных
Данный документ содержит модель анализа системы VideoStorm, которая предназначена для ведения видеоархива телеканала юургу-тв. Приведена...

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconИнструкция администратора  зао «волгаспецремстрой» 443084 г. Самара...
Назначение и возможности системы распознавания номеров железнодорожного подвижного состава. 3

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconКурсовая работа
Рассмотрена модель атаки и метод моделирования иммунных систем. Приведены описание разработанной системы обнаружения атак, результаты...

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота icon«Разработка системы электронного документооборота для средних коммерческих организаций»
Исходные данные: конспекты, учебная литература, проекты, разрабатываемые на лабораторных занятиях, математическая модель объекта

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconРеферат На тему: «Автоматическая диагностика колесных пар с помощью системы argus»
Вместе с тем ситуация на рынке транспортных услуг не позволяет увеличивать расходы на техническое обслуживание подвижного состава....

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconРеферат Курсова робота: 44 стор., 4 рис., 3 табл., 15 джерел
Для заданої теми контрольної роботи: «Валютний курс та чинники, що його визначають»

Модель адаптивной системы стереозрения для подвижного робота iconРешение III международной партнерской конференции eurotrain «проблемы...
«проблемы подвижного состава: пути решения через взаимодействие государственного и частного секторов»



Образовательный материал



При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
lit-yaz.ru
главная страница