پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد در رشته مهندسي مكاترونيك
براي اندازه گيري فاصله و مسافت روش هاي متعددي وجود دارد در قرن حاضر با توجه به پيشرفت هاي شگرف علمي پديد آمده به خصوص در زمينه الكترونيك و كامپيوتر و راه حل هاي نوين محاسباتي، روش اندازه گيري فواصل و مسافت يابي به سمت سويي ديگر سوق يافته است

در اين پايان نامه به معرفي و پياده سازي مدل جديد بينايي استريو به منظور اجرا بر روي ربات تعقيب گر مي‌پردازيم. مدل بينايي استريو براي دستيابي به موقعيت سه بعدي اجسام كاربرد دارد، اين مدل متشكل از يك شئ و دو دوربين با محور اپتيكي موازي يا متقاطع و يا ديگر چيدما‌ن‌ها است. كاليبراسيون دوربين يكي از پردازش هاي اساسي مورد نياز در بينايي ماشين سه بعدي به منظور استخراج داده هاي مربوط به ابعاد و موقعيت سه بعدي اجسام از روي تصاوير دو بعدي مي‌باشد. روشي كه در اين تحقيق براي كاليبراسيون استفاده مي‌شود به طور كامل در دو دسته‌ي كلاسيك و خود كاليبراسيون قرار نمي‌گيرد و نسبت به آن‌ها داراي انعطاف بيشتري مي‌باشد و مزيت اصلي اين روش، راه اندازي آسان آن است به گونه‌اي كه هر فردي با ايجاد يك صفحه كاليبراسيون مي‌تواند آن را به كار گيرد. با بينايي استريو به فاصله‌اي با دقت معقول خواهيم رسيد كه حجم بالاي محاسباتي آن، بلادرنگ ساختن آن را با مشكل روبه‌رو مي‌سازد، اما باروشهاي بهينه سازي الگوريتم بر اساس كاهش فضاي جستجو و بهبود سخت‌افزاري، توانستيم تا حدودي بر اين مشكل غلبه كنيم. در هر حال مناسبترين سيستم براي هر كاربردي بايد با لحاظ كردن تمام شرايط بكارگيري انتخاب شود.

فهرست مطالب

چكيده. 1

فصل اول: كليات تحقيق

1-1- اهميت بينايي استريو. 2

1-2- انواع روش هاي فاصله يابي. 3

1-3- آشنايي با بينايي استريو. 4

1-4- الگوريتم‌هاي بينايي استريو. 6

1-5- مفاهيم اصطلاحات رايج در بينايي استريو. 7

فصل دوم: بينايي استريو

2-1- مقدمه. 8

2-2- مروري بر بينايي استريو. 9

2-3- استريو مبتني بر ناحيه و مبتني بر ويژگي. 10

2-4- استريو پويا. 11

2-5- استريو فعال. 12

2-6- نقشه عمق متراكم. 12

2-7- محدوديت هايي بر اساس دوربين و مبتني بر صحنه. 13

2-7-1- محدوديت هاي هندسه تصوير.. 14

2-7-2- محدوديت استفاده از خصوصيات شي.. 16

2-8- انسداد و شفافيت. 21

2-9- كاليبراسيون دوربين ها. 22

2-10- روشي براي كاليبراسيون. 25

2-11- كاليبراسيون استريو. 27

2-12- همراستاسازي تصاوير. 28

2-13- محاسبه ناهمخواني ها. 29

2-14- محاسبه مختصات سه بعدي يك ويژگي از جسم. 32

2-15- محاسبه ميزان دوران و انتقال يك جسم سه بعدي نسبت به يك موقعيت مرجع. 33

2-16- نشانه هاي يافتن عمق. 34

2-17- بررسي نقش ناهم‌خواني و تاري در يافتن عمق. 34

2-18- فوايد تاري. 39

2-19- رفتار حركتي. 41

2-20- شكاف مردمك ها. 42

فصل سوم: طراحي و ساخت

3-1- شرح اجزاي سازنده تعقيب گر. 46

3-2- سروو موتور. 52

3-3- معرفي آردينو. 54

3-3-1- محيط برنامه نويسي آردينو.. 54

3-3-2- كتابخانه ها.. 58

3-3-3- معماري و ساختار AVR. 58

3-4- كاليبراسيون دوربين و بازسازي سه بعدي. 62

3-5- تشخيص اشيا. 64

3-5-1- روشهاي براساس ظاهر درتشخيص شي.. 65

3-5-1-1- شيوه هاي تطبيق فضاي ويژگي.. 65

3-5-1-2- شيوه هاي طرح زير فضا.. 66

3-6- تبديل هاف. 66

3-6-1- نمايش پارامتري.. 67

3-6-2- انباره.. 68

3-6-3- الگوريتم تبديل هاف.. 68

3-6-4- پياده سازي.. 69

3-7- تناظر پيكسلها درصفحات موازي با صفحه تصوير دوربينها 70

3-8- انسداد پيكسلي در تناظر استريو. 71

3-9- نرم افزار پردازش تصوير. 72

فصل چهارم: ارزيابي عملكرد

4-1- كاليبراسيون. 74

4-2- تصحيح تصاوير. 78

4-3- تشخيص اشيا. 79

4-4- محاسبه سرعت جسم. 81

4-5- ارزيابي عملكرد تعقيب گر. 82

4-5-1- نتايج تست استاتيكي.. 83

4-5-2- نتايج تست ديناميكي.. 87

فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات

5-1- نتيجه گيري. 91

5-2- پيشنهادات. 93

مراجع. 94

پيوست ها. 99

فهرست اشكال

شكل(2-1):هندسه اپي‌پولار و خطوط اپي‌پولار.. 15

شكل (2-2): انواع مختلف لبه ها (ناپيوستگي ها).. 17

شكل(2-3) :گراديان ناهمخواني و تفكيك سيكلوپن19

شكل(2-4): ترتيب نقاط نگاشت شده در خطوط اپي پولارمتناظر در تصاوير. 20

شكل (2-5): دستگاه مختصات جهاني كه در گوشه صفحه تعريف شده است... 27

شكل (2-6) هندسه ديد استريو براي تنظيمات دوربين.. 30

شكل (2-7) هندسه سيستم استريو مبنا.. 31

شكل(2-8) هندسه تاري و ناهمخواني.. 35

شكل(2-9) محرك و اطلاعات.. 39

شكل(2-10) شكاف مردمك ها و عمق آستيگماتيك از ميدان45

شكل (3-1) دوربين اوليه انتخاب شده براي تعقيب گر.. 47

شكل(3-2) دوربين نهايي انتخاب شده براي تعقيب گر.. 50

(شكل(3-3) نماي تعقيب گر.. 51

شكل(3-4) سمت راست سروو موتور مدل S35STD و سمت چپ سروو موتور مدل SG5010 52

شكل (3-5) فلوچارت عملكرد آردينو.. 55

شكل(3-6) محيط برنامه نويسي آردينو.. 56

شكل(3-7) معماري كلي هسته AVR.. 59

شكل (3-8) چگونگي اتصال سروو موتورها به برد كنترلي آردينو.. 61

شكل(3-9) نياز به جداسازي در تصوير.. 71

شكل(3-10) انسدادتصويردربينايياستريو.. 72

شكل (4-1) مراحل بينايي استريو.. 74

شكل (4-2) تصوير صفحه شطرنجي پس از گوشه يابي در حين اجراي كد كاليبراسيون استريو.. 76

شكل (4-3) نمونه‌اي از دايره تشخيص داده شده در تصوير چپ (بالا) و تصوير راست (پايين).. 80

شكل (4-4) نمونه‌اي از تشخيص دايره‌ي سبز از ميان دايره‌هاي رنگي ديگر در تصوير چپ(بالا) و تصوير راست (پايين).. 80

شكل (4-5) نمونه‌اي از تشخيص دايره‌ي سبز از ميان اشكال مختلف رنگي در تصوير چپ(بالا) و تصوير راست (پايين).. 81

شكل (4-6) جهت در نظر گرفته شده براي دستگاه مختصات تعقيب‌گر.. 83

شكل (4-7) نتايج تست استاتيكي طول.. 84

شكل (4-8) نتايج تست استاتيكي عرض.. 85

شكل (4-9) نتايج تست استاتيكي عمق.. 86

شكل (4-10) نمودار سرعت-زمان يك شي متحرك.. 87

شكل (4-11) نتايج تست ديناميكي ربات با جابه‌جايي بر روي محور X.. 87

شكل (4-12) نتايج تست ديناميكي ربات با جابه‌جايي بر روي محور Y.. 88

شكل (4-13) نتايج تست ديناميكي ربات با جابه‌جايي بر روي محور Z. 89

شكل (4-14) نتايج تست ديناميكي ربات در سرعت‌هاي مختلف.. 90

فهرست جداول

جدول (3-1) مشخصات دوربين مدل PK-750MJ از برند A4TECH.. 47

جدول (3-2) مشخصات دوربين Logitech HD Webcam C270. 49

جدول (3-3) مشخصات سرووو موتور.. 53

جدول(3-4) نقشه فضاي حافظه.. 60

جدول (4-1) نتايج تست استاتيكي با جابه‌جايي در عمق.. 83

جدول (4-2) نتايج تست استاتيكي با جابه‌جايي در طول.. 84

جدول (4-3) نتايج تست استاتيكي با جابه‌جايي در عرض.. 84