РОБОТОТЕХНИКА

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ФОКУСИРОВКА ГЛАЗА РОБОТА

Вполне вероятно, что наряду с выполнением функции подавле­ния уровня шума, скачкообразное движение способствует полу­чению нервных импульсов, управляющих фокусирующими мыш - 240

дами. Несомненно, что такой тип движения может использоваться для получения сигналов от глаза робота, позволяющих в какой-то степени осуществить автоматическую фокусировку.

Функциональная схема одной из разработанных фокусиру­ющих систем [9] представлена на рис. 13.1. В настоящее время практическое использование линзы с изменяющейся геометрией аналогично тому, как. это происходит в глазу человека, не пред­ставляется возможным. В данной системе фокусировка произво­дится линзой, перемещаемой посредством винта, приводимого в движение электрическим двигателем следящей системы. Скани­рование изображения с частотой 50 Гц осуществляется электронно­лучевой трубкой. Световой поток от изображения через конден-

сорную линзу попадает на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Диапазон частот сигнала ФЭУ ограничивается полосовым филь­тром. Мгновенные значения амплитуды ограничиваются нелиней­ной схемой и усредняются низкочастотным фильтром. Двигатель фокусирующей системы управляется пороговым переключателем, за которым следует бистабильная схема, изменяющая свое состоя­ние, а следовательно, и направление вращения двигателя при получении сигнала от пороговой схемы.

Такой принцип может непосредственно использоваться для фокусировки глаза робота, производящего рассматривание по­средством множества фотоэлементов, а не с помощью специального сканирующего осветителя.

Способ фокусировки посредством жесткой линзы действительно существует у рыб. У человека изменяется непосредственно форма мягкой линзы.

Можно полагать, что при фокусировке глаза управляющая система человека реагирует только на количество информации без учета ее знака. Тогда при неясном изображении на сетчатке первоначальное фокусирующее движение глаза может оказаться неправильным [10].

Было бы желательно преодолеть этот недостаток глаза чело­века в роботе. Необходимая информация о направлении может

быть получена введением в фокусирующую систему дополнитель­ных колебаний, например частотой 2 Гц. Подобные колебания, безусловно, существуют в фокусирующей системе человека, однако исследования показывают, что их действие не обеспечивает раз­личения знака информации, вследствие чего первоначальное фокусирующее движение может быть неправильным.

Не исключено, что здесь сможет помочь бинокулярное зрение. Другая возможность определения знака сигнала коррекции со­стоит в измерении хроматической абберации.

Перспективным видом линз для роботов могут быть линзы - с одной мягкой стенкой, кривизна которой изменяется при подаче жидкости [19]. В такой линзе используется смесь насыщенного раствора бромида кальция с глицеролом, имеющая показатель,< преломления около 1,5 — такой же, как и у стекла. Существу­ющий образец линз представляет собой цилиндр диаметром 3 мм : и длиной 20 мм. Линза состоит из трех слоев: фронтальной стек­лянной линзы, слоя поливинилбутирата, склеенного со стеклян­ной линзой и имеющего отверстие в центре, и слоя тонкой прозрач - . ной пленки, которая может растягиваться. При дальнем видении используется вся линза, при ближнем — только ее стационарная часть.

В одном из типов фокусирующих устройств [25 ] на рассматри­ваемый объект проектируется пятно инфракрасного излучения. Затем устройство фокусирует отраженное изображение этого инфракрасного пятна, и в то же самое время происходит автома­тическая фокусировка видимого света, отражаемого объектом. Пятно имеет диаметр 15 см на расстоянии около 20 м от камеры. Подобная техника позволяет эффективно выделять очень малые • участки рассматриваемой сцены, и применение ее в фокусирующих системах роботов представляется весьма перспективным.

Автоматическое дистанционное управление работой некоторых цветных телевизионных камер осуществляется 23 миниатюрными электродвигателями, управляющими прецизионными многооборот­ными потенциометрами [26].

Адаптивная фокусировка телевизионной камеры [9, 11]. В тех случаях, когда в качестве глаза робота используется телевизион­ная трубка, необходимо вводить автоматическую фокусировку. Возможен ряд решений при условии, что весь рассматриваемый объект располагается в одной плоскости. Если это не так и не используется система с малой диафрагмой, то возникает допол­нительная трудность, состоящая в решении вопроса, изображение какого объекта, находящегося в поле зрения, должно быть сфоку­сировано.

Способ фокусировки телевизионной камеры, разработанный в Астоне Дэвисом, основан на использовании метода возмущения [31 ]. Для того, чтобы избежать необходимости быстрых движений трубки или линз, возмущение изображения достигалось вращением дисков Селастроида перед приемной трубкой с частотой 1500 об^мин, что создавало частоту возмущения в 25 Гц. Толщина диска выбиралась равной 0,5 мм, что обеспечивало незначитель­ные искажения изображения, особенно при появлении изгиба диска.

Для перемещения видикоиа в процессе фокусировки исполь­зовались «велодин» и редуктор, состоящий из зубчатой и червяч­ной передач. Амплитуда перемещений трубки не превышала 1 см, что позволило использовать в червячном приводе резьбу с мелким шагом.

Этот подход оказался весьма успешным. Однако для создания совершенных систем потребуются дальнейшие значительные уси­лия, которые не приведут к цели до тех пор, пока не будут про­ведены исследования центрального управления вниманием. В то же время в результате успешно проведенных исследований стало ясно, что метод возмущения, используемый, по-видимому, людьми и животными, независимо от того, какой характер носит возму­щение — колебательный или случайный, может оказаться наи­более подходящим для роботов.