Ứng dụng các kỹ thuật xử lý ảnh trong điều khiển robot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HHÕÕÕII VƯƠNG NGỌC DŨNG ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY Mà SỐ NGÀNH: 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - THÁNG 07 NĂM 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH -[\ - Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN GIÁP …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …….…… tháng ………… năm …………………… Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - -[\[\ - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VƯƠNG NGỌC DŨNG Sinh ngày 19 tháng 04 năm 1980 Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy Phái : Nam Nơi sinh : ĐăkLăk Mã số : 00403077 I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phần lý thuyết: • Nghiên cứu trình hiệu chuẩn (calibration) camera • Nghiên cứu trình thu nhận thông tin 3D từ hệ hai camera • Nghiên cứu ứng dụng kết cách kết hợp kỹ thuật truyền nhận không dây vào trình điều khiển robot Phần thực nghiệm: • Xây dựng phần mềm hỗ trợ trình hiệu chuẩn camera • Xây dựng phần mềm thu nhận thông tin 3D từ hệ hai camera • Xây dựng 01 phần mềm minh hoạt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 20 tháng năm 2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày tháng năm 2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN GIÁP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BM QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh Ngày Tháng Năm 2005 CHỦ NHIỆM NGÀNH PGS TS Trần Doãn Sơn GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp -i- HVTH: Vương Ngọc Dũng TÓM TẮT Thu nhận thông tin từ môi trường, phần tử bắt buộc hệ thống tự động nói chung Đề tài đề cập đến lý thuyết sử dụng camera loại cảm biến để nhận biết vị trí tương đối camera môi trường làm việc Lý thuyết thực thông qua việc xây dựng phần mềm hỗ trợ trình xử lý thông tin từ hệ hai camera Mục tiêu trình xử lý đưa thông tin môi trường sử dụng trình điều khiển loại robot di động nói chung ABSTRACT Extracting useful information form working space is one of the most important modules of the automatic systems This thesis will mention some of the main steps from 2D stereo pictures to 3D points representing physical features in the world, as well as the relationship between two different images of the same scene The purpose of this thesis is, to create some useful information of the local surrounding of a robot using stereo vision The aim is to provide means for obstacle avoidance and local path planning of the mobile robot in general Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp -i- HVTH: Vương Ngọc Dũng LỜI CẢM ƠN Có kết ngày hôm nhờ vào dạy dỗ Cha Mẹ, hướng dẫn tận tình Thầy Cô động viên bạn bè Vì vậy, xin cảm ơn Cha Mẹ nhiều giúp đỡ, động viên Cha Mẹ, chắn kết ngày hôm Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể Quý Thầy Cô Khoa Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa tận tình dạy dỗ cung cấp cho kiến thức suốt trình học Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Giáp gợi ý hướng dẫn tận tình trình thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Nguyên Duy Phương góp ý, giúp đỡ nhiều trình làm luận văn Tôi chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô Chủ tịch, Phản biện y viên Hội đồng dành nhiều thời gian quý báu để nhận xét tham gia Hội đồng chấm Luận văn TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2005 Học viên thực Vương Ngọc Dũng Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp -1- HVTH: Vương Ngọc Dũng LỜI NÓI ĐẦU Cơ khí xác - Tự động hóa – Robot lónh vực xã hội Việt Nam quan tâm nói riêng giới nói chung Sản phẩm lónh vực đa dạng tích hợp công nghệ nhiều ngành khác Được gợi ý Thầy TS Nguyễn Văn Giáp anh chị đồng nghiệp, tác giả tâm thử sức hướng nghiên cứu ý nước, kết hợp robot computer vision với đề tài “Nghiên cứu kết hợp kỹ thuật thị giác (vision) truyền nhận không dây (wireless) nhiệm vụ dẫn đường cho robot” Trong luận văn này, tác giả trình bày tóm tắt lý thuyết liên quan đến kỹ thuật xử lý thông tin nhận từ camera sử dụng kết thu để hỗ trợ việc điều khiển robot nói chung Đồng thời, xây dựng phát triển thư viện ngôn ngữ Visual C++ nhằm khảo sát kết nghiên cứu Dù cố gắng thiếu sót tránh khỏi Tác giả mong nhận góp ý chân tình quý Thầy Cô bạn bè để hoàn thiện thêm kiến thức TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2005 Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - ii - HVTH: Vương Ngọc Dũng MỤC LỤC LỜI CẢM ÔN i MUÏC LUÏC ii LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 HAI BÀI TOÁN CỦA ROBOT DI ĐỘNG 1.1.1 Bài toán toàn cuïc 1.1.2 Bài toán cục 1.2 CAÙC YÊU CẦU ĐỐI VỚI ROBOT DI ĐỘNG 10 1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 11 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 HIỆU CHUẨN CAMERA 2.1.1 Toång quan 14 2.1.2 Các hệ tọa độ .15 2.1.3 Phương pháp hiệu chuẩn Zhengyou Zhang 20 2.1.4 Thực nghiệm kết 26 2.1.5 Kết luận 31 Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - ii - HVTH: Vương Ngọc Dũng 2.2 HỆ THỐNG THỊ GIÁC 2.2.1 Hệ thống Stereo 2.2.1.1 Các vấn đề hệ thống stereo 32 2.2.1.2 Mô hình hệ thống stereo 32 2.2.2 Các mối quan hệ hệ thống stereo 2.2.2.1 Điểm đường Epipolar tương ứng 37 2.2.2.2 Trật tự điểm đường Epipolar 38 2.2.2.3 Ma traän E 39 2.2.2.4 Ma traän F 41 Chương 3: TÍNH TỌA ĐỘ 3D 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 43 3.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ 3.2.1 Tính tiêu cự f 45 3.2.2 Tính b D 45 3.3 BÀI TOÁN TÌM ĐIỂM LIÊN HP 3.3.1 Phương pháp phát cạnh 51 3.3.2 Phương pháp tương quan vùng 52 3.4 KẾT LUẬN Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - ii - HVTH: Vương Ngọc Dũng Chương 4: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG STEREO 4.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG STEREO DÙNG CHO ROBOT DI ĐỘNG 4.1.1 Ý tưởng thiết kế 55 4.1.2 Moâ hình thực 55 4.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG 4.2.1 Hỗ trợ trình điều khiển robot từ xa 58 4.2.1.1 Nhu cầu 4.2.1.2 Đặt toán 4.2.1.3 Hiện thực hai modun điều khiển 4.2.2 Tái cấu trúc hoạt động robot tự hành 63 4.2.2.1 Nhu cầu 4.2.2.2 Đặt toán 4.2.2.3 Hiện thực hai modun xử lý Chương 5: KẾT LUẬN 5.1 NHỮNG VẤN ĐỀ Đà THỰC HIỆN 66 5.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA GIẢI QUYẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 67 Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - ii - HVTH: Vương Ngọc Dũng BÀI BÁO 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHUÏ LUÏC A PHỤ LỤC B Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Sau trình Threshold ảnh đa mức xám lúc trở thành ảnh nhị phân Quá trình tách biên sau tách biên dạng khỏi (background) 2.2 TÁCH BIÊN • Tách biên bước quan trọng trình xử lý ảnh Theo định nghóa, biên phần chia tách nằm phần ảnh có khác biệt mức xám (gray-scale) Biên định nghóa điểm ảnh mà có thay đổi đột ngột độ sáng (brightness) • Dò biên (Edge Detector) tập hợp phương pháp xử lý dùng để xác định biến đổi góc cạnh (sharp) ảnh nhằm đưa biên dạng vật thể • Có nhiều phương pháp tách biên ta xem xét chủ yếu đến phương pháp là: Phương pháp Gradient gồm có: ƒ kỹ thuật Gradient ƒ toán tử la bàn Phương pháp Laplace Phương pháp Canny 2.2.1 Phương pháp Gradient Phương pháp gradient phương pháp dò biên cục dựa vào cực đại đạo hàm Theo định nghóa gradient Vector có thành phần biểu thị tốc độ thay đổi giá trị điểm ảnh theo hai hướng x y Các thành phần gradient tính : Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ luïc A - f ( x + dx , y ) − f ( x , y ) ∂f ( x , y ) = fx ' ≈ dx ∂x HVTH: Vương Ngọc Dũng (2A-5) ∂f ( x , y ) f ( x , y + dy ) − f ( x , y ) = fy ' ≈ ∂y dy Với dx khoảng cách điểm theo hướng x (khoảng cách tính số điểm) tương tự với dy Trên thực tế, người ta hay dùng với dx = dy = Với ảnh liên tục f(x,y), đạo hàm riêng cho phép xác định vị trí cực đại cục theo hướng biên Thực vậy, gradient ảnh liên tục biểu diễn hàm f(x,y) dọc theo r với góc θ, định nghóa bởi: df ∂f dx ∂f dy = + = f x cosθ + f y sin θ dr ∂x dr ∂y dr vaø (2A-6) df đạt cực đại f x sin θ + f y cosθ = Do vaäy ta xác định hướng cực dr đại nó: θ r = tan −1 ( f y / f x ) vaø ( df ) max = dr fx + fy ta gọi θ r hướng biên θ fy fx Hình 2A.4 Hướng biên Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Trong kỹ thuật gradient, người ta chia nhỏ thành hai kỹ thuật (do dùng hai toán tử khác nhau) : kỹ thuật gradient kỹ thuật la bàn • Kỹ thuật gradient Kỹ thuật gradient sử dụng cặp mặt nạ H1 H2 trực giao (theo hai hướng vuông góc) Nếu định nghóa g1 , g2 gradient tương ứng theo hướng x, y, biên độ gradient, ký hiệu g, điểm (m,n) tính theo công thức: A = g (m, n) = g1 (m, n) + g (m, n) θ r (m, n) = tan −1 g (m, n) / g1 (m, n) (2A-7) Các toán tử đạo hàm áp dụng nhiều Ở ta nêu lên số toán tử tiêu biểu: Robert, Sobel, Prewitt… Trước tiên xét toán tử Robert Toán tử Robert đề xuất năm 1965 Nó áp dụng trực tiếp công thức đạo hàm điểm (x,y) Với điểm ảnh I[x,y] ảnh I, đạo hàm theo x, theo y ký hiệu tương ứng g1 , g2 tính: ⎧ g x = I [ x + 1, y ] − I [ x, y ] ⎨ ⎩ g y = I [ x, y + 1] − I [ x, y ] (2A-8) Điều tương ứng với việc nhân chập ảnh với hai mặt nạ H1, H2, mặt nạ gọi mặt nạ Robert: H ⎡ 1⎤ =⎢ ⎥ ⎣ − 0⎦ H ⎡− ⎤ =⎢ ⎥ ⎣ − 1⎦ Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot (2A-9) GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Hình 2A.5 Xấp xỉ gx , gy toán tử Robert Trong trường hợp tổng quát, giá trị gradient biên độ g gradient hướng θr tính theo công thức (3-7) Trong kỹ thuật Sobel Prewitt người ta sử dụng hai mặt nạ: ⎡− 1⎤ H ⎢⎢− 1⎥⎥ (Hướng x) ⎢⎣− 1⎥⎦ ⎡− − − 1⎤ H ⎢⎢ 0 ⎥⎥ (Hướng y) ⎢⎣ 1 ⎥⎦ (2A-10) Mặt nạ Sobel ⎡ − 1⎤ H ⎢⎢− 2⎥⎥ (Hướng x) ⎢⎣ − 1 ⎥⎦ ⎡− − − 1⎤ 0 ⎥⎥ (Hướng y) H ⎢⎢ ⎢⎣ ⎥⎦ (2A-11) Mặt nạ Prewitt Gradient xấp xỉ công thức: G x = H x ⊗ I G y = H y ⊗ I (2A-12) Ví dụ toán tử Prewitt Sobel ảnh thực là: Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Hình 2A.6 Kết nhân chập mặt nạ Prewitt theo hướng x y Hình 2A.7 Kết nhân chập mặt nạ Sobel theo hướng x y Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Thực tế cho thấy rằng, toán tử Sobel Prewitt tốt toán tử Robert, chúng nhạy cảm với nhiễu Ta thấy việc lấy đạo hàm tín hiệu có xu hướng làm tăng nhiễu tín hiệu Độ nhạy cảm làm giảm xuống nhờ thao tác lấy trung bình cục miền phủ mặt nạ Lưu ý rằng, toán tử Sobel Prewitt dễ dàng chuyển đổi cho cách thay đổi hệ số • Kỹ thuật la bàn (Compass Operator) Kỹ thuật la bàn chọn gradient theo số hướng định trước Nếu ký hiệu gk gradient la bàn theo hướng θ k = π / + 2kπ (k=0,1, ,7), ta có gradient theo tám hướng ngược chiều kim đồng hồ, hướng cách 45° sau: Hình 2A.8 Mô hình hướng Có nhiều toán tử la bàn khác Nhưng nêu toán tử Kirsh Toán tử sử dụng mặt nạ 3x3: 5⎤ ⎡5 ⎢ H = ⎢− − 3⎥⎥ ⎢⎣− − − 3⎥⎦ Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot (2A-13) GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Đây mặt nạ cho hướng gốc 0° Trên sở định nghóa thêm mặt nạ cho hướng lại (45, 90, 135,180, 225,270, 315) 5⎤ ⎡− ⎢ ⎥⎥ H = ⎢− ⎢⎣− − − 3⎥⎦ ⎡ − − 5⎤ H = ⎢⎢− 5⎥⎥ ⎢⎣− − 5⎥⎦ ⎡− − − 3⎤ ⎥⎥ H = ⎢⎢− ⎢⎣− 5 ⎥⎦ ⎡− − − 3⎤ H = ⎢⎢− − 3⎥⎥ ⎢⎣ 5 ⎥⎦ ⎡− − − 3⎤ − 3⎥⎥ H = ⎢⎢ ⎢⎣ 5 − 3⎥⎦ ⎡5 − − 3⎤ H = ⎢⎢5 − 3⎥⎥ ⎢⎣5 − − 3⎥⎦ − 3⎤ ⎡5 ⎢ − 3⎥⎥ H8 = ⎢ ⎢⎣− − − 3⎥⎦ (2A-13’) Nếu ký hiệu Ai (i=1,2, ,8) gradient thu theo tám hướng mặt nạ, biên độ gradient (x,y) tính theo công thức: A(x, y ) = Max( g ( x, y ) , i = 1,2, ,8) (2A-14) Ngoài toán tử Kirsh, người ta sử dụng số toán tử khác mà mặt nạ hướng 0° định nghóa tương ứng bởi: 1⎤ ⎡1 ⎢ M = ⎢ − ⎥⎥ ⎢⎣− − − 1⎥⎦ 1⎤ ⎡1 ⎢ M = ⎢ − ⎥⎥ ⎢⎣− − − 1⎥⎦ 1⎤ ⎡1 ⎢ 0 ⎥⎥ M3 = ⎢ ⎢⎣− − − 1⎥⎦ Trong trường hợp tổng quát, giả sử có n hướng cách tương ứng với mặt nạ W , i=1,2, ,n ảnh I, đó: ( A( x, y ) = Max Wi I [x, y ], i = 1,2, , n T ) Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot (2A-15) GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng 2.2.2 Phương pháp Laplace Các phương pháp đánh giá gradient làm việc tốt độ sáng thay đổi rõ nét Nhưng mức xám thay đổi chậm, miền chuyển tiếp trải rộng, phương pháp cho hiệu lại phương pháp sử dụng đạo hàm bậc hai gọi phương pháp Laplace Toán tử Laplace định nghóa sau: ∇2 f = ∂2 f ∂2 f + dx dy (2A-16) Để thấy rõ khác biệt kỹ thuật la bàn (dùng đạo hàm bậc nhất) kỹ thuật Laplace ta xem hình sau: Hình 2A.9 Ý nghóa đạo hàm dò biên Trong không gian rời rạc, đạo hàm bậc hai tính sau: ∂2 f = f ( x, y ) − f ( x − 1) − f ( x + 1, y ) ∂x (2A-17) ∂2 f = f ( x, y ) − f ( x, y − 1) − f ( x, y + 1) ∂y (2A-18) Vaäy ∇ f = − f ( x − 1, y ) − f ( x, y − 1) + 4( x, y ) − f ( x, y + 1) − f ( x + 1, y ) Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục A - HVTH: Vương Ngọc Dũng Toán tử Laplace dùng nhiều kiểu mặt nạ khác để xấp xỉ rời rạc đạo hàm bậc Đây ba kiểu mặt nạ thường dùng: ⎡ −1 ⎤ H = ⎢⎢− − 1⎥⎥ ⎢⎣ − ⎥⎦ ⎡− − − 1⎤ H = ⎢⎢− − 1⎥⎥ ⎢⎣− − − 1⎥⎦ ⎡ −2 ⎤ H = ⎢⎢− − 2⎥⎥ ⎢⎣ − ⎥⎦ Trong kỹ thuật Laplace, điểm biên xác định điểm cắt không điểm không nên kỹ thuật cho biên mảnh, tức đường biên có độ rộng pixel Hình 2A.10 Kết toán tử Laplace lên ảnh Hình cho ta thấy rõ ràng kỹ thuật Laplace nhạy cảm với nhiễu (vì đạo hàm bậc hai thường không ổn định) kỹ thuật không sử dụng môi trường thu nhận ảnh không tốt (nghóa xuất nhiều nhiễu hạt muối ảnh) Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục B - HVTH: Vương Ngọc Dũng PHỤ LỤC B Như trình bày trên, thông tin mà robot di động cần biết thông tin khoảng cách từ robot đến đối tượng Để biết thông tin ta có hai cách tiếp cận sau: 1.1 CẢM BIẾN KHÔNG VA CHẠM LÀM VIỆC DỰA TRÊN NGUYÊN TẮC PHẢN XẠ ĐỂ XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH (TÍCH CỰC) Nguyên tắc chung: từ hình H1.11 ta có S = v ⋅t v : vận tốc truyền t : thời gian chênh lệch phát thu Ưu điểm: H1.11 Xác định khoảng cách nguyên tắc phản xa ¾ Độ xác cao ¾ Dễ sử dụng (tính tích hợp/module cao) Nhược điểm chung loại cảm biến là: ¾ Góc đo hẹp, thuận lợi đo khoảng cách đến điểm ¾ Vật liệu đối tượng phải phản xạ loại cảm biến dùng ¾ Bề mặt phản xạ ảnh hưởng lớn đến độ xác kết đo ¾ Chi phí cao Một số ví dụ: Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục B - HVTH: Vương Ngọc Dũng ¾ Cảm biến siêu âm: o Cảm biến SRF04 (H1.12) Tầm đo: 3cm - 3m Tần số làm việc: 40 kHz Độ xác: khoảng 3mm tùy chất lượng bề mặt phản xạ H1.12 SRF04 o Cảm biến Polaroid 6500 (H1.13) Tầm đo: 0.15 – 10m Độ xác: 6cm H1.13 Polaroid ¾ Cảm biến laser: o Cảm biến FG21-HA Reigl Lasertape Tầm đo: 1200m (H1.14) Độ phân giải: cm H1.14 FG21-HA o Cảm biến LMS291 Sick (H1.15) Tầm đo: 50m Độ phân giải: cm H1.15 LMS291 Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục B - HVTH: Vương Ngọc Dũng o Cảm biến LV-H62F Keyence Tầm đo: 1.5mm – 3m Độ phân giải: 0.3mm (H1.16) H1.16 LV-H62F o Cảm biến DLS-2000 (H1.17) Tầm đo: 3m Độ xác: ±0.05% H1.17 DLS-2000 o Cảm biến AR4000-xxx Acuity (H1.18) Tầm đo: 1.5m Độ phân giải: 0.3mm Độ xác: 7.5mm H1.18 AR4000 Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục B - HVTH: Vương Ngọc Dũng 1.2 DÙNG HỆ THỐNG CAMERA ĐỂ XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH (THỤ ĐỘNG) Nguyên tắc: có hai phương pháp [3][22] ¾ Phương pháp đo tam giác thụ động (passive triangulation) (H1.19): Trục quang Nếu ta có hai camera nhìn điểm P hình vẽ p dụng định luật quan học đồng dạng ta dễ dàng suy khoảng cách từ camera đến P laø: d= H1.19 Passive triangulation b f xl − x r (1-1) ¾ Phương pháp đo tam giác chủ động (active triangulation) (H1.20): Nguyên tắc chung di chuyển nguồn sáng (nguồn laser hình vẽ) để tạo vết đối tượng Camera thu nhận hình ảnh phân tích để tính khỏang cách H1.20 Active triangulation Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp - Phụ lục B - HVTH: Vương Ngọc Dũng Ưu điểm: ¾ Thông tin thu rõ ràng (vì có biên dạng đối tượng) ¾ Thông tin thu nhận thân thiện với người ¾ Có thể xử lý biến đổi mô hình CAD lưu trữ dễ dàng Nhược điểm: ¾ Tính toán phức tạp, yêu cầu xử lý thông tin mạnh (vì thường phải trang bị máy tính) ¾ Phụ thuộc nhiều vào ánh sáng môi trường làm việc ¾ … Về phương diện lý thuyết, để tính khoảng cách ta cần áp dụng công thức (1b-1), nhiên ba vấn đề khó khăn gặp phải thực là: - Trục quang hai camera không song song - OrOl không vuông góc hai trục quang - Xác định độ lệch hai điểm ảnh điểm vật: ( x1 − xr ) (xem H1.21) H1.21 Độ lệch hai điểm Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: VƯƠNG NGỌC DŨNG Sinh ngày: 19 tháng 04 năm 1980 Nơi sinh: ĐĂKLĂK Địa liên lạc: 58-60/2 Thiên Phước, Phường 9, Quận Tân Bình, TP HCM Email: vndung@dme.hcmut.edu.vn Điện thoại: 08-8640988 0918836010 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Tháng 09 năm 1998 đến tháng 01 năm 2003: Học đại học trường đại học Bách khoa Tp.HCM, chuyên ngành Cơ điện tử - Tháng năm 2003 đến tháng năm 2005: Học thạc só trường đại học Bách khoa TP.HCM, chuyên ngành Cơ khí Chế tạo máy QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: - Tháng năm 2003 đến nay: Cán giảng dạy môn Cơ điện tử khoa Cơ khí trường đại học Bách khoa TP HCM -KƯJ - ... phần cứng cho hệ thống stereo mục tiêu đề ¾ Trình bày số ứng dụng cụ thể hệ thống stereo mà đề tài thiết kế để hỗ trợ việc điều khiển robot tự hành Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot. .. trường Trong phạm vi nghiên cứu này, phương pháp xác định thông số hệ camera thông qua thông số camera ứng dụng Có nhiều kỹ thuật calibration cho Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD:... camera gắn phía đỉnh sân để người lập trình điều khiển robot biết vị trí robot sân (xem hình H1.4) H1.4 SoccerBot ¾ … Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh điều khiển robot GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp -6- HVTH: