Senzorický subsystém mobilního robotu

Abstract

Disertační práce se zabývá senzorickým subsystémem mobilního robotu. Senzorický subsystém mobilního robotu, který je zde tématem, spadá do kategorie systémů zprostředkujících operátorovi vizuální vjem o prostředí, kde se nalézá robot. Jedná se o subsystém zprostředkování stereovizního vjemu operátorovi. Disertační práce obsahuje dva větší celky. První z nich se zabývá vlastním algoritmem zprostředkování stereovizního vjemu a druhý přenosem obrazu z místa, kde se nachází robot do místa, kde je operátor. První částí začíná popis subsystému a způsobu kalibrace kamer. V této části je vysvětleno vše od odstranění zkreslení kamer přes stereokalibraci po rektifikaci. V rámci této práce byl vyvinut inovovaný způsob ostření do hloubky bez nutnosti mechanicky natáčet kamery. Díky tomu byla nutnost mechanického natáčení nahrazena matematickou transformací obrazu. Dále je zde popsán vyvinutý systém automatického určení ostřené hloubky, podle objektů v regionu zájmu operátora. Tento systém automatického určení ostřené hloubky je vhodný zejména pro stereovizi. Dále jsou uvedeny provedené testy filtrů automaticky určené ostřené hloubky. Tyto filtry mají za úkol odstraňovat šum při určení ostřené hloubky. Další velkou kapitolou je systém přenosu obrazu z místa robotu k operátorovi. Jsou zde analyzovány prostředky k přenosu obrazu, které jsou dostupné na trhu. Následně je vysvětlen princip vyvinutého subsystému přenosu obrazu. Tento systém přenosu obrazu má především dodávat co nejvíce aktuální snímky z kamer. Software, který byl k tomuto vyvinut, to řeší v základu tak, že další snímek je pořízen teprve po zobrazení posledního. Dále se pro zvýšení rychlosti přenosu provádí u každého snímku komprese. Závěrem jsou uvedeny testy vyvinutého subsystému a jejich výsledky. Použitý procesor na straně vysílače byl Intel Atom 1,6 GHz a na straně přijímače byl použit procesor s Intel Pentium 4 3,2 GHz. Oba procesory byly doplněny o 2 GB RAM. Přenos dat je realizován pomocí sítě LAN, která je pro náš účel bezdrátová.

The thesis deals with a sensor subsystem of mobile robots. The sensor subsystem described in this thesis is in the category of systems providing visual perception of the environment around a mobile robot to its operator. It is a subsystem which makes stereovision perception to the operator. The thesis is divided into two main parts. The first part deals with stereovision principles and algorithms and the second part deals with video transmission from the robot to the operator. The first part starts with description of camera calibration. Here is explained everything from elimination of camera distortion, to stereocalibration and rectification. In this thesis was developed an innovated method of depth focusing without mechanical turning of the cameras – the need of mechanical turning was substituted by a mathematical image transformation. Then there is described a designed system of automatic focusing to a specific depth determined based on the region of interest of operator’s view. This system of automatic depth focusing is especially useful for stereovision. Further there are presented some tests of filters of the automatically determined depth. The goal of these filters is to remove noise in the focusing depth determination. The next main part of the thesis presents a system for image transmission from the robot to the operator. Here are analyzed existing commercial devices for video transmission. Then the principle of a developed system of image transmission is described. The priority of this system is to provide as actual images as possible. The developed software solves this problem by capturing a new image only after the last image has been already displayed. Each image is compressed to increase the transmission speed. The last part contains some tests of this system and presents the results. The test were done on Atom 1.6 GHz processor on the transmitting side and Pentium 4 3.2 GHz processor on the receiving side, both equipped with 2 GB RAM. The transmission was realized via LAN, which was wireless for our purpose.