Челябинские исследователи разработали инновационный метод локализации объектов с помощью лишь одной панорамной камеры и лазерной линии.
Фото: ЮурГУ.
Например, есть робот, которому нужно «выследить» в массе красных предметов одну единственную цель, отмеченную лазером, при этом яркий свет создает блики на поверхностях. Именно эту задачу успешно решили российские ученые, разработав метод, основанный на монокулярном всенаправленном зрении и структурированных световых полосах.
Традиционно для оценки расстояния роботам требуются либо две камеры (стереозрение), либо дорогостоящие лазерные дальномеры (лидары). Новая технология предлагает принципиально иной подход: всего одна панорамная камера с углом обзора 180°, линейный лазер (650 нм) и интеллектуальный алгоритм, который в реальном времени выделяет лазерную линию на объекте и преобразует её координаты в трехмерное положение цели.
Система стала компактнее и надежнее, рассказал доцент кафедры «Электропривод, мехатроника и электромеханика» факультета «Мехатроника и робототехника» Иван Холодилин.
«Меньше датчиков — меньше потенциальных проблем с калибровкой и синхронизацией. При этом одна панорамная камера позволяет роботу видеть практически все вокруг, включая пространство «за углом»».
Главное достижение разработки — способность алгоритма устойчиво работать в условиях, где традиционные методы терпят неудачу. Среди таких условий: темные и глянцевые поверхности, красные объекты (на которых лазерная линия может «сливаться» с фоном), зеркальные блики и даже частичное перекрытие лазерной полосы.
Алгоритм действует как «реставратор» лазерного следа: специальная многопороговая обработка в цветовом пространстве отсеивает помехи, морфологические операции «лечат» разрывы линии, а кластеризация и построение минимального остовного дерева восстанавливают непрерывность полосы даже при частичных перекрытиях.
Так предложенная учеными ЮУрГУ технология идеально подходит для: роботизированной сортировки и перекладки деталей, контроля положения объектов на конвейере, работы в ячейках с агрессивной оптической средой (блики, переотражения).
Новая технология носит импортозамещающий характер, так как, в отличие от промышленных лидаров, стоимость нового решения значительно ниже. Панорамная камера и линейный лазер в сумме обходятся примерно в 10 тысяч рублей против сотен тысяч за качественный зарубежный лидар.
Главный «спорный» момент технологии сейчас — распознавание объектов нейросетью, занимающее около 2,93 секунды (86,2% общего времени). Планируется оптимизация этого этапа с использованием более мощных графических ускорителей и компактных нейросетевых архитектур, что позволит приблизиться к работе в реальном времени.
Разработка научного коллектива органично вписывается в мировой тренд отказа от дорогостоящих датчиков в пользу «умного зрения» и активных методов подсветки, открывая путь к созданию более доступных и компактных робототехнических систем для промышленности.