РОБОТОТЕХНИКА

БУДУЩЕЕ ИСКУССТВЕННЫХ СЕТЧАТОК

Предпринимались различные попытки создания искусственной сетчатки на интегральных схемах, предназначенной главным об­разом для сканирования перфорационных карт в вычислительной машине. Одна из возникающих здесь трудностей состоит в том, что в то время как создание массива фотоэлектрических элемен­тов очень малых размеров вполне реально, весьма трудно реа­лизовать отведения от элементов. В ряде случаев приходилось уменьшать сетчатку до одной строки элементов и осуществлять фактически последовательное считывание с элементов. Но даже и тогда эти устройства оказывались весьма дорогостоящими, по - видимому, из-за малого спроса и требования абсолютно исправной работы всех элементов строки, вовсе не допускающей отказов.

Недавно R. С. А. была создана сетчатка более современного вида. Она содержит в общей сложности 960 расположенных в плоскости фоточувствительных элементов, но, в отличие от обыч­ной микроминиатюрной интегральной схемы, это более совре­менное устройство напылено на стеклянную пластину размерами 10 х20 см. Каждый из фотоэлементов подсоединяется к взаимно перпендикулярным выводным полоскам через тонкопленочный диод Шоттки. Устройство создается в несколько этапов методом напыления в вакууме.

Интегральная схема 0РТ5 состоит из массива 10x10 фотодио­дов, объединенных со схемами сканирования. Интересно отме­тить, что при использовании матрицы с малым числом элементов наблюдается существенное изменение коэффициентов Фурье при движении изображения.

Веймером и др. [7] проведено обширное исследование по ис­пользованию самосканирующихся сетчаткоподобных сенсоров, построенных по интегральной технологии. Для планетных иссле­дований предлагалось использовать матрицу, состоящую из мно­гих тысяч фототранзисторов. Емкость коллектор-база последних используется для интегрирования светового потока и разряжается один раз в течение кадра. В литературе описаны и другие устрой­ства [42, 43].

12.4. ОБНАРУЖЕНИЕ КОНТУРА В СКАНИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ НА БАЗЕ ЭВМ

В стэнфордской системе «глаз — рука», предназначенной для построения при помощи руки робота башни из визуально обнару­живаемых кубиков, применяется стандартная телевизионная ка­мера на видиконе. В ранней работе [19] черные кубики распола­гались на белом столе и удовлетворительная работа системы до­стигалась только при высоком уровне контраста. Использовалось 16 уровней квантования, по даже в том случае, когда человек участвовал в настройке, не всегда удавалось в сложной сцене одновременно разложить все контуры. Вследствие этого для полу­чения наилучшего возможного разложения объекта, рассматри­ваемого в данный момент, и камера и уровень освещения уста­навливались вручную человеком-оператором. Естественно, что такой подход не очень удачен, поскольку на полученные резуль­таты могло влиять вмешательство человека-оператора. Программа вычислительной машины будет автоматически отбрасывать любые данные, которые не указывают разумное число ребер или удовле­творительно замкнутых контуров объекта [21 ]. Дальнейшая ра­бота совершенствовала это свойство программы [20, 18].

Полученные результаты были улучшены введением автоматической регулировки потенциала мишени видикона, кото­рая в то же время ограничивает напряжение, исключая повреж­дение трубки. Изображение фокусируется автоматически за счет перемещения трубки относительно одной из линз составной ту­рели с цветными фильтрами, подбираемыми случайным образом для улучшения контраста. Локальный оператор Хьюгеля [22] обнаруживает контуры, даже если они размыты и имеются значи­тельные помехи, после чего вычислительная машина прослежи­вает контур изображения объекта, регистрируя линии и конечные точки.

В программе используется также метод наращивания инфор­мации об осматриваемых блоках по мере ее получения. Если, например, во время процедуры прослеживания достигается ранее встречавшаяся точка, то просматриваются данные, хранящиеся в памяти, чтобы проверить, в частности, не замкнутый ли контур прослеживается в данный момент. Таким образом исключается необходимость в последовательном прослеживании всех контуров отдельного объекта.

Старая программа прослеживания контура часто не замыкала его, если один небольшой участок был искажен помехой или тру­ден для прослеживания. Усовершенствованная программа могла «перескочить» через отдельный «плохой» участок или пытаться замкнуть контур в противоположном направлении. В конце про­граммы следовали различные упорядочивающие процедуры, на­пример все концевые точки сводились в углах.

Были опробованы и другие методы, построенные на цифровых методах пространственной фильтрации для улучшения качества изображения [23], использовавшие синтаксический анализ кон­текста более высокого уровня для заключения о недостающих де­талях 124, 25] или оперировавшие областями изображения вместо его краев 126]. Однако оказалось, что указанные методы, как правило, фиксируют анализируемое и вычислительная машина не может влиять на работу телевизионной камеры или разверты­вающего устройства.

В стэнфордской установке вычислительная машина управляла поворотно-наклонной головкой, линзами турели, цветным фильт­ром, фокусировочньш напряжением и потенциалом мишени стан­дартной передающей7телевизионной камеры на видиконе; диа­фрагма устанавливалась вручную. Три цветных фильтра и один нейтральный устанавливались на диске, позволявшем выбрать фильтр за 0,2 с. Возможны 64 отсчета напряжения мишени между 0 и 50 В; при этом не допускается, чтобы напряжение вызывало слишком большую среднюю величину тока сигнала.

Шестьдесят раз в секунду видикон сканирует массив из 333X256 отсчетов яркости, каждый из которых кодируется чис­лом в 4 бита, благодаря чему не превышается пропускная способ­ность высокоскоростного канала данных в 24 млн. бит в секунду. Однако диапазон изменения напряжения, представленного 4-бито­вым числом (16 уровней квантования), может изменяться от пол­ного рабочего диапазона видеоусилителя в 1 В до «окна» всего лишь в 1/8 В, что дает 128 уровней квантования.

Один из методов, предложенных для упрощения машинного, или робототехнического, распознавания трехмерных форм, из­вестен под названием «сеточное кодирование» [27]. Здесь также предусматривается освещение сцены, но за счет проектирования сетки световых полос от однородного источника света. Предпола­гается, что этот метод может дать лучшие результаты по сравнению с более ранними, базирующимися на работе Робертса [28].

Метод, сходный с методом сеточного кодирования, применялся в Японии; там для освещения рассматриваемого объекта исполь­зовалась единственная движущаяся щель [29]. Японские исследо - 230 ватели успешно применяли также освещение сцены с различных направлений, извлекая таким образом информацию, необходимую для построения линейного чертежа сцены. Стереоскопическое рассматривание объектов двумя камерами, практикуемое в М. I. Т., не использовалось японцами, так как для получения очертаний рассматриваемого объекта требуется обработка боль­шого объема информации. Чтобы получить информацию, необ­ходимую для создания в ЭВМ линейного чертежа, японские ис­следователи использовали также последовательное освещение сцены с нескольких направлений [30].