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讀懂機器人視覺(jué)存在的問(wèn)題及研究方向
2019-03-04
讀懂機器人視覺(jué)存在的問(wèn)題及研究方向
著(zhù)名華人計算機視覺(jué)專(zhuān)家、斯坦福大學(xué)副教授李飛飛曾經(jīng)講過(guò)，“希望可以說(shuō)服做機器人研究的朋友，（計算機）視覺(jué)是機器人的殺手級應用。”
隨著(zhù)機器人研究的發(fā)展和“越來(lái)越接近人類(lèi)”這個(gè)目標的進(jìn)一步深入，越來(lái)越多的學(xué)者和從業(yè)者更深刻認識到了計算機視覺(jué)對機器人整個(gè)行業(yè)發(fā)展的重要性。
機器人視覺(jué)系統是指用計算機來(lái)實(shí)現人的視覺(jué)功能，也就是用計算機來(lái)實(shí)現對客觀(guān)的三維世界的識別。機器人視覺(jué)主要研究用計算機來(lái)模擬人的視覺(jué)功能從客觀(guān)事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實(shí)際檢測、測量和控制。
機器人視覺(jué)系統經(jīng)歷了三代的發(fā)展：
第一代機器人視覺(jué)的功能一般是按規定流程對圖像進(jìn)行處理并輸出結果。這種系統一般由普通數字電路搭成，主要用于平板材料的缺陷檢測。
第二代機器人視覺(jué)系統一般由一臺計算機，一個(gè)圖像輸入設備和結果輸出硬件構成。視覺(jué)信息在機內以串行方式流動(dòng)，有一定學(xué)習能力以適應各種新情況。
第三代機器人視覺(jué)系統是目前國際上正在開(kāi)發(fā)使用的系統。采用高速圖像處理芯片，并行算法，具有高度的智能和普通的適應性，能模擬人的高度視覺(jué)功能。
機器人視覺(jué)目前存在的主要問(wèn)題
1、如何準確、高速（實(shí)時(shí)）地識別出目標。
2、如何有效地構造和組織出可靠的識別算法，并且順利地實(shí)現。這期待著(zhù)高速的陣列處理單元，以及算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、小波變換等算法）的新突破，這樣就可以用極少的計算量高度地并行實(shí)現功能。
3、實(shí)時(shí)性是一個(gè)難以解決的重要問(wèn)題。圖像采集速度較低以及圖像處理需要較長(cháng)時(shí)間給系統帶來(lái)明顯的時(shí)滯，此外視覺(jué)信息的引入也明顯增大了系統的計算量，例如計算圖像雅可比矩陣、估計深度信息等等。圖像處理速度是影響視覺(jué)系統實(shí)時(shí)性的主要瓶頸之一。
4、穩定性是所有控制系統首先考慮的問(wèn)題，對于視覺(jué)控制系統，無(wú)論是基于位置、基于圖像或者混合的視覺(jué)伺服方法都面臨著(zhù)如下問(wèn)題：當初始點(diǎn)遠離目標點(diǎn)時(shí)，如何保證系統的穩定性，即增大穩定區域和保證全局收斂；為了避免伺服失敗，如何保證特征點(diǎn)始終處在視場(chǎng)內。
機器人視覺(jué)應當進(jìn)一步研究的問(wèn)題
1.圖像特征的選擇問(wèn)題。視覺(jué)伺服的性能密切依賴(lài)于所用的圖像特征，特征的選擇不僅要考慮識別的指標，還要考慮控制指標。從控制的觀(guān)點(diǎn)看，用冗余特征可抑制噪聲的影響，提高視覺(jué)伺服的性能，但又會(huì )給圖像處理增加難度。因此如何選擇性能最優(yōu)的特征，如何處理特征以及如何評價(jià)特征，都是需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。針對任務(wù)有時(shí)可能需要從一套特征切換到另一套，可以考慮把全局特征與局部特征結合起來(lái)。
2.結合計算機視覺(jué)及圖像處理的研究成果，建立機器人視覺(jué)系統的專(zhuān)用軟件庫。
3.加強系統的動(dòng)態(tài)性能研究。目前的研究多集中于根據圖像信息確定期望的機器人運動(dòng)這一環(huán)節上，而對整個(gè)視覺(jué)伺服系統的動(dòng)態(tài)性能缺乏研究。
4.利用智能技術(shù)的成果。
5.利用主動(dòng)視覺(jué)的成果。主動(dòng)視覺(jué)是當今計算機視覺(jué)和機器人視覺(jué)研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱門(mén)課題。它強調的是視覺(jué)系統與其所處環(huán)境之間的交互作用能力。
與傳統的通用視覺(jué)不同，主動(dòng)視覺(jué)強調兩點(diǎn)，一是認為視覺(jué)系統應具有主動(dòng)感知的能力，二是認為視覺(jué)系統應基于一定的任務(wù)（TaskDirected）或目的（PurposiveDirected）。
主動(dòng)視覺(jué)認為在視覺(jué)信息獲取過(guò)程中，應更主動(dòng)地調整攝像機的參數，如方向、焦距、孔徑等并能使攝像機迅速對準感興趣的物體。更一般地，它強調注視機制（Attention），強調對分布于不同空間范圍和時(shí)間段上的信號采用不同的分辨率有選擇性地感知，這種主動(dòng)感知既可在硬件層上通過(guò)攝像機物理參數的調整實(shí)現，也可以在基于被動(dòng)攝像機的前提下，在算法和表示層上通過(guò)對已獲得的數據有選擇性地處理實(shí)現。
同時(shí)，主動(dòng)視覺(jué)認為不基于任何目的的視覺(jué)過(guò)程是毫無(wú)意義的，必須將視覺(jué)系統與具有的目的（如導航、識別、操作等）相聯(lián)系，從而形成感知／作用環(huán)（Perception／ActionCycle）。
6.多傳感器融合問(wèn)題。視覺(jué)傳感器具有一定的使用范圍，如能有效地結合其它傳感器，利用它們之間性能互補的優(yōu)勢，便可以消除不確定性，取得更加可靠、準確的結果。
給機器人加上一雙讀懂世界的“慧眼”是機器人的重要發(fā)展方向，也是先步信息的技術(shù)布局重點(diǎn)。
2018年，先步信息與湖南大學(xué)簽署戰略合作協(xié)議，共同建立“先步信息—湖南大學(xué)機器人技術(shù)研究院”。研究院將重點(diǎn)圍繞機器人視覺(jué)感知與控制技術(shù)展開(kāi)研究應用。
應用機器視覺(jué)技術(shù)，先步信息推出了系列3D曲面玻璃全域檢測產(chǎn)品，包括：CCD影像測量?jì)xF200、全自動(dòng)激光測量?jì)xFL4030、全自動(dòng)激光影像測量?jì)xLVS4030-MFL。
系列產(chǎn)品以卓越表現解決了3D曲面玻璃檢測的難點(diǎn)R角輪廓、弧高等檢測問(wèn)題，配套三菱機器人實(shí)現快速上下料，全面刷新3D曲面玻璃全域檢測效率。
在曲面玻璃市場(chǎng)爆發(fā)之際，先步信息希望為玻璃市場(chǎng)提供可靠的檢測支持，助力客戶(hù)在風(fēng)口上騰飛。
