Detekce optických značek pro řízení polohy

Abstract

Cílem této práce byl návrh metod pro detekci a přesné polohování objektu s využitím kamerového systému a polohovacího systému. Součástí práce je návrh a realizace tohoto polohovacího systému. Objekt, který je doplněný optickou značkou a je uchycený k polohovacímu systému, je snímán kamerovým systémem a jeho pozice je regulována na základě vyhodnocení snímku tímto systémem pořízeného. Vedle samotné polohovací mechaniky je součástí celého systému rovněž mikrokontrolér s jádrem ARM Cortex-M4F a monochromatický WVGA CMOS sensor Aptina MT9V034. Byly navrženy dva druhy optických značek, které se dají systémem snímat a vyhodnocovat - jednoduchá značka ve formě jednoho bodu a pak také soustava značek tvořících jednorozměrné měřítko, ve kterém je zakódována aktuální poloha podobně jako na klasickém pravítku, pouze bez použití čísel. Zpracování dat probíhá v nativním rozlišení sensoru. Důraz je kladen na rychlost zpracování tak, aby výsledný systém řízený obrazovou informací byl dostatečně rychlý pro praktické použití. Přesto však byly základní algoritmy zpracování obrazu doplněny o další pre /post processingové algoritmy, které zvýšily spolehlivost a přesnost řídicího systému.

The main focus of this thesis was to propose and create methods for the detection and precise regulation of an object using an optical camera system and a mechanical movement system. The mechanical movement system itself also had to be developed during the course of this work. The object, which has an optical marker attached to it and is connected with the movement system, is captured by the camera system and its position is regulated based on the data gathered from this captured image. Aside from the movement itself, the system also consists of an ARM Cortex-M4 based evaluation kit and an Aptina MT9V034 monochrome WVGA CMOS sensor. Two types of detectable optical markers have been developed - a simple one-point marker and also a more complex system of multiple markers that has its position encoded into it, much like a regular ruler but without the numbers. The CMOS sensor operates at full resolution. The speed of the application is the main concern so that the resulting system provides reasonable framerates for real-world operation. The used image processing algorithms have, however, been enhanced by some more pre-/post-processing algorithms in order to improve the reliability and accuracy of the entire system.