機器視覺分層模塊結構模型的製作方法

2023-04-28 11:34:36

專利名稱：機器視覺分層模塊結構模型的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器視覺模塊結構模型，特別是一種機器視覺分層模塊結構模型，它既能與機器人大系統相銜接，又遵循自己的結構層次，完成自己的特定任務。本發明屬於機器人領域。
目前國內外計算機視覺研究在取得不少長足進展的同時，也存在許多爭議。以Marr為首的三維重建學派認為，視覺是一個求外部世界描述的信息處理過程，即從單幅或多幅二維圖像中，從圖像特徵如邊緣點、輪廊、直線、曲線、紋理、灰度、顏色恢復三維場景，再對三維場景進行識別、定位與運動分析。實際上，從圖像恢復場景這一逆過程常因場景中的一些不適定問題導致Hom光流場約束方程無解或不穩定，許多工作也正在圍繞此展開，但迄今為止還沒有一種真正成功的實用系統問世。另一種面向行為、面向應用的目的主義學派，提出主動視覺、定性視覺概念，認為視覺都是有目的的，主動使目的更加明確，場景中的物體有的需要作定量分析，有的只需作定性描述，它們一起按一定目的完成任務。這一觀點遭到「重建」學派的批評，他們認為「目的主義」用特定任務來作限制條件是逃避問題、就事論事。其次，獲取場景數據的主動傳感技術存在功能單一、噪聲影響大的問題，導致它對使用場合及對象的限定。另外，機器人從最初的遙控機械手，發展到現在具備一定智能的智慧機器人，已經歷了半個世紀的裡程，形成了機器人獨特的信息、能量及材料變換特徵體系。事實上，機器視覺作為機器人感受外界信息的單元，其理論和方法自然離不開機器人這一大系統。
本發明的目的是從機器人大系統要求出發提供一種機器視覺模塊結構模型，特別是一種機器視覺分層模塊結構模型及支持這一模型的視覺集成傳感裝置，解決機器視覺研究中存在的一般性和特定任務之間的矛盾。視覺集成傳感裝置的專利申請號為C024931494。
本發明的目的是這樣實現的來自上層的智慧機器人任務分解列發出的指令被分解成傳感器種類調用命令，調用不同種類的傳感器，如聽覺、觸覺、視覺、力覺、味覺。該調用命令再進一步分解，如視覺調用指令根據具體任務，調用不同功能的視覺子模塊，視覺子模塊則根據需要調用視覺資料庫，視覺資料庫中的數據，包括攝像機二維圖像、近距離三維面形數據、遠距離雷射雷達距離圖像、場景顏色、亮度、特徵點方位等模塊，它們來自視覺集成傳感裝置，且各數據模塊之間可以相互測試，以保證數據的可靠性。
本發明的具體實施由以下的實施例及其附圖給出。


圖1是根據本發明提出的一種機器視覺分層結構模型圖。
下面結合圖1詳細說明依據本發明提出的機器視覺分層模塊結構模型的模塊細節及工作情況由機器人主體結構中不同子系統的任務分解列2a、3b、4c發出的命令被傳感器種類調用分解模塊3分解，依據任務和需求調用不同的傳感模塊，如聽覺模塊4，觸覺模塊5，視覺模塊6，力覺模塊7，味覺模塊8。對視覺模塊6來說，該指令被視覺指令分解模塊9進一步分解，依據特定的視覺任務調用一個或多個視覺子模塊，如文字識別子模塊10，圖形識別子模塊11，面形識別子模塊12，區域分割子模塊13，障礙探測子模塊14，預測防撞子模塊15，運動分析子模塊16，路徑規划子模塊17。這些模塊在計算和實施過程中需要的數據來自於視覺資料庫模塊20，視覺資料庫模塊20中存放有二維圖像數據模塊22，三維面形模塊23，距離圖像數據模塊24，這些模塊數據來自於視覺傳感集成裝置27，視覺傳感集成裝置27中各傳感器在時間和空間上匹配和統一，保證了二維圖像數據模塊22，三維面形模塊23，距離圖像數據模塊24之間的數據在時間、坐標及量值上的一致和互補，這一工作由視覺資料庫模塊20的通訊和測試模塊21完成。本發明整體上作為機器人大系統內的一個單元，體現出自上而下分層、模塊化的思想，各模塊被機器人大系統特定任務驅動，所有數據包括傳感器初始數據、中間處理及最終結果送入機器人主體結構中的全局資料庫1，供機器人控制和決策使用。為提高機器視覺的主動性，本發明設有視覺引導模塊18，通過電機驅動A模塊25對視覺傳感集成裝置27的距離ρ、水平角ω、和垂直角θ的動作來實現。此外，為便於人對機器的控制，發揮人腦思維的作用，本發明有一個人機視覺接口模塊19，一方面它可以隨時調用視覺資料庫20中的數據模塊，另一方面，它可以通過電機驅動B模塊26，使視覺傳感集成裝置27的距離ρ、水平角ω和垂直角θ的改變，主動獲取所需信息。本發明作為一種機器視覺分層模塊結構模型，隸屬於五個不同層次，就是視覺指令分解層由視覺指令分解模塊9組成；視覺功能子模塊層由文字識別子模塊10，圖形識別子模塊11，面形識別子模塊12，區域分割子模塊13，障礙探測子模塊14，預測防撞子模塊15，運動分析子模塊16，路徑規划子模塊17所組成；視覺資料庫層由視視覺資料庫模塊20，通訊與測試模塊21，二維圖像數據模塊22，三維面形模塊23和距離圖像數據模塊24所組成；數據傳感層由視覺傳感集成裝置27所組成；輔助層由視覺引導模塊18，人機視覺接口模塊19，電機驅動A模塊25所和電機驅動B模塊26所組成。本發明與同類系統相比具有的特點是總體上是一個具有一般視覺功能的模塊化結構，每一模塊具有特定功能，並可根據需要增減功能模塊；是一個由低到高層次分明的分層結構，有利於將機器視覺的各種思想在不同層次上互補和統一，並可根據人工智慧及人工神徑網絡的進展，在高層視覺處理上加上相應的模塊；有利於與智慧機器人大系統相銜接；所有視覺子模塊共用視覺資料庫模塊20，各視覺子模塊對數據的處理並非一下子全部完成，而是受特定任務驅動，根據需要分別調用；開放性好，可以方便地增減硬體和軟體；視覺資料庫模塊20通過模塊相互通訊與測試模塊21，可提高傳感數據的可靠性；通過視覺引導模塊18，具有主動視覺引導功能；由於具備人機視覺接口模塊19，為臨場感的建立，人對機器的控制、人腦思維的發揮提供了可能；成本低，在不增加硬體的前提下，增加信息處理模塊就可以擴充系統的功能。本發明是一種機器視覺分層模塊結構模型，一般意義上它包括了文字或圖形的特徵提取及識別，場景中簡單物體的識別與定位；場景中目標方位及距離探測，多個目標的空間關係，目標運動分析，長序列運動圖像特徵跟蹤，障礙探測，動目標預測，防撞分析，基於視覺的路徑規劃，具體情況下，根據特定任務調用其中一個或幾個功能模塊，並共用基本資料庫。另外，還賦予它視覺引導模塊18和人機視覺接口模塊19，以完成視覺與環境的交互、人對機器的控制和臨場感的建立。
權利要求
1.一種機器視覺分層模塊結構模型是由五個層次、多個模塊，就是由機器人主體結構中的全局資料庫1，任務分解列2a、2b、2c，傳感器種類調用分解模塊3，聽覺模塊4，觸覺模塊5，視覺模塊6，力覺模塊7，味覺模塊8，視覺指令分解模塊9，文字識別子模塊10，圖形識別子模塊11，面形識別子模塊12，區域分割子模塊13，障礙探測子模塊14，預測防撞子模塊15，運動分析子模塊16，路徑規划子模塊17，視覺引導模塊18，人機視覺接口模塊19，視覺資料庫模塊20，模塊間測試與通訊模塊21，二維圖像數據模塊22，三維面形模塊23，距離圖像數據模塊24，電機驅動A模塊25、電機驅動B模塊26，視覺傳感集成裝置27所構成，其特徵在於a.視覺指令分解層由視覺指令分解模塊9組成；視覺功能子模塊層由文字識別子模塊10，圖形識別子模塊11，面形識別子模塊12，區域分割子模塊13，障礙探測子模塊14，預測防撞子模塊15，運動分析子模塊16，路徑規划子模塊17所組成；視覺資料庫層由視視覺資料庫模塊20，通訊與測試模塊21，二維圖像數據模塊22，三維面形模塊23和距離圖像數據模塊24所組成；數據傳感層由視覺傳感集成裝置27所組成；輔助層由視覺引導模塊18，人機視覺接口模塊19，電機驅動A模塊25所和電機驅動B模塊26所組成；b.視覺指令分解模塊9，它將機器人主體傳來的命令，根據特定任務，分解成調用不同視覺功能模塊的子命令；c.文字識別子模塊10、圖形識別子模塊11、面形識別子模塊12、區域分割子模塊13、障礙探測子模塊14、預測防撞子模塊15、運動分析子模塊16、路徑規划子模塊17，它們一起組成一般意義上的視覺系統，各模塊被特定任務驅動；d.視覺資料庫模塊20，它劃分為二維圖像數據模塊22、三維面形模塊23、距離圖像數據模塊24，並在視覺資料庫模塊20的通訊與測試模塊21的協調下進行測試和通訊，確保傳感數據的可靠性；e.視覺傳感集成裝置27，由它獲取二維圖像數據、三維面形數據、距離圖像數據；f.視覺引導模塊18、人機視覺接口模塊19，實現機器視覺與環境交互、人對機器的控制和臨場感的獲得。
全文摘要
本發明是一種機器視覺分層模塊結構模型,來自上層的智慧機器人任務分解列發出的指令被分解成傳感器種類調用命令,調用不同種類的傳感器,如聽覺、觸覺、視覺、力覺、味覺。該調用命令再進一步分解,如視覺調用指令根據具體任務,調用不同功能的視覺子模塊,視覺子模塊則根據需要調用視覺資料庫,視覺資料庫中的數據,包括攝像機二維圖像、近距離三維面形數據、遠距離雷射雷達距離圖像、場景顏色、亮度、特徵點方位等模塊,它們來自視覺集成傳感裝置,且各數據模塊之間可以相互測試,以保證數據的可靠性。它既能與機器人大系統相銜接,組成一般意義上的視覺系統,又遵循自己的結構層次,完成自己的特定任務。
文檔編號B25J19/02GK1343551SQ0012529
公開日2002年4月10日 申請日期2000年9月21日 優先權日2000年9月21日
發明者屠大維, 林財興 申請人:上海大學