Visión artificial y Robótica Sensores en robótica. Funcionamiento de cámaras. Depto. de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial

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Marta Segura Franco
hace 7 años
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1 Visión artificial y Robótica Sensores en robótica. Funcionamiento de cámaras. Depto. de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial

2 Contenidos Introducción Sensores de toque Sensores de posición internos Sensores de posición externos Sensores de rango Sensores de visión

3 Introducción Sistema robótico: percepción-acción Necesitamos obtener información (percibir) el mundo que nos rodea (y datos propios) Este conocimiento se obtiene mediante sensores Sensor: aparato que transforma variables físicas en señales eléctricas

4 Para qué se usan? Medir variables internas del robot (sensores internos) Velocidad, posición, orientación Percibir el mundo exterior (sensores externos) Distancia a obstáculos, posición absoluta en un entorno, temperatura, humedad, visión, etc.

5 Problemas de los sensores Los sensores reales son ruidosos Proporcionan una descripción incompleta del entorno No pueden ser modelados completamente: problema simulación-realidad Necesitan un algoritmo para realizar inferencia sobre la información proporcionada (problema de reconstruir el entorno)

6 Tipos de sensores Sensores de toque Sensores para cálculo de posición Sensores internos: odometría Sensores externos: GPS, beacons Sensores de rango Sonar Laser Visión: cámaras CCD

7 Sensores de toque Uno de los sensores más sencillos Proporciona 1 (pulsado) 0 (no pulsado) Utilidad: control de choque, control de presencia de objeto

8 Sensores internos de posición Referencia relativa

9 Sensores internos de posición (II) Referencia absoluta

10 Sensores de inercia (IMU) Inertial Measurement Unit: dispositivos que miden la inclinación (giroscopio) y aceleración (acelerómetro) en los tres ejes

11 Odometría Dead reckoning: cálculo de la posición basándose en los sensores internos Integrar las distancias recorridas ( s) y ángulos girados ( θ) en cortos periodos (en algunos robots, cada 100 ms)

12 Sensores externos de posición Permiten obtener las coordenadas del robot con respecto a un sistema de referencia externo GPS: Global Positioning Systems Obtiene x,y,z Active Beacons Obtiene x,y,θ

13 GPS: Global Positioning System Permite, mediante un receptor, conocer nuestras coordenadas 3D (latitud, longitud y altitud) Conocido el tiempo que tarda en llegar la señal se calcula la distancia al satélite: Superficie de una esfera. Uniendo 3 satélites tenemos un único punto (versión simplificada) Precisión del GPS Hace años: error aleatorio introducido. Se desactivó en el 2000 Actualmente la precisión está en 2-3 metros Para mejorar la precisión se usa GPS diferencial (DGPS). Se tiene un GPS cercano y fijo en una posición conocida con mucha precisión. Los errores de GPS cercanos están fuertemente correlacionados, esto nos puede servir para corregir el error del GPS móvil No se puede usar en interiores, entre edificios altos o árboles ni bajo el mar

14 Sistema GPS

15 Sensores externos Active beacons

16 Sensores de rango Rango: distancia del sensor al objetivo (profundidad) Se suelen utilizar para obtener la distancia a los objetos Se pueden utilizar como complemento de otros métodos: visión Habituales en robótica móvil Infrarrojos (barato, distancias cortas) Sonar (coste medio, alcance habitual 5-6 metros) Laser (muy caro, mucha resolución. Alcances de varios kilómetros (!))

17 Sensores de rango: principio básico Sensores Time-of-flight: distancia= velocidad*tiempo / 2 Vel. Medio=340m/s en el aire

18 Infrarrojos

19 Sonar: SOund NAvigation and Ranging El mismo sensor actúa de emisor y receptor Funcionamiento: Emite un tren de ultrasonidos de 50kHz Emite formando un haz en forma de cono con una extensión de ±15º Duración del haz 1ms aprox. Pasa a modo receptor

20 Sensores de rango Sónar

21 Problemas con el sonar Ángulo de incidencia Amplitud del cono Dobles rebotes

22 Laser Range Finder

23 Láser SICK Trabaja con el principio de tiempo de vuelo Devuelve un grupo de lecturas de 180º, con una lectura por cada medio grado Ejemplo: lo que devuelve ROS

24 Sensores de Visión Sistemas CCD o CMOS (y otros) Sistema de pin-hole: se pierde la perspectiva Se produce una discretización

25 Símil biológico

26 Sensores CCD CCD: Charge Coupled Device Desarrollado por los laboratorios Bell Consiste de un chip de silicio foto sensible de alta densidad. Alta sensibilidad. Al impactar fotones en cada pixel se genera y almacena una pequeña corriente que debe ser amplificada y transmitida No es posible incluir circuitería extra en el chip fotosensible por lo que se requiere de chips extra. Alto consumo.

27 Tipos de CCD Arrays lineales. Simples o trilineares. Utilizados en escáneres. Array de superficie para cámaras digitales: Mosaico de CCD Triple CCD CCD Único con exposición triple

28 Sensor CMOS Active Pixel Sensor (APS) basado en tecnologí CMOS Cada píxel incluye un fotosito sensible a la intensidad de la luz El sensor incluye diversas funciones en el mismo chip: amplificación, control de luminosidad y contraste y conversor analógico-digital No sufre de blooming. Lectura en paralelo. Los píxeles están más dispersos (solución: mayor integración y microlentes) Cada pixel incluye su propio amplificador: ruido FPN

29 CCD vs CMOS

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