В библиотеку
Модель формирования карты местности в процессе активного взаимодействия робота со средой
Лампинен Ю., Шевченко М.А., Петрушан М.В., Самарин А.И.
Хельсинский технический университет, Финляндия
Ростовский государственный университет
Аннотация
Разработана биологически правдоподобная модель формирования карты местности в процессе активного поведения робота в среде. Модель базируется на выделении устойчивых признаков во внешней среде с использованием первичной обработки воспринимаемого яркостного массива (фильтр Габбора), контекстном описании этих признаков с использованием, так называемого, фовеального сенсора и поиском одноименных признаков на исходном и смещенном, в результате направленного перемещения робота, изображениях.
Составление карты местности рассматривается как переход из описания среды в системе координат робота к описанию в системе координат среды.
Введение
Исследования последних лет нейрофизиологических коррелятов поведенческих реакций привели к обнаружению в гиппокампе мозга нейронов, импульсная активность которых связана с нахождением животного в определенном месте заранее обследованной внешней среды. Возникновение этой активности не зависит от того, из какого места и куда животное направляется при реализации текущего поведенческого акта. Этот факт позволил говорить о наличии в структурах мозга, так называемых, «нейронов места», которые реализуют функцию ориентации в зрительном пространстве по результатам формирования некоторой умозрительной карты местности.
Подобного рода исследования приобретают особую актуальность и в задачах робототехники, когда возникает необходимость формирования роботом карты местности при планировании им траектории движения и ориентации в произвольной естественной среде.
Предполагается, что робот не имеет исходной привязки к внешней среде в виде совокупности маяков и реперов.
Первичная зрительная информация представляется массивом распределения яркостей на рецепторной поверхности визуального сенсора в зависимости от того, где находится робот и в каком направлении относительно своего корпуса он смотрит. С другой стороны, это распределение яркостей зависит от того, что, где и как расположено в том месте внешнего мира, куда робот смотрит. Внешний мир S представляет собой совокупность объектов Oi, характеризующихся некоторыми физическими параметрами (цвет, форма, отражательная способность), а также их местоположением и ориентацией в абсолютной системе координат, которая роботу не известна.
При движении робота на плоской сцене описание среды можно записать как S: S{Oi(xi,yi,γi)}; где xi, yi – соответственно неизвестные роботу координаты объектов, и γi – параметр, характеризующий ориентацию объекта в пространстве. Положение робота Rk во внешней среде характеризуется координатами Xk,Yk и ориентацией в пространстве βк: Rk = Rk (Xk, Yk, βк). Текущее изображение зрительной сцены Vk(S,Rk) проецируемое на воспринимающую поверхность сенсора, представляется матрицей распределения яркостей Ek (m, n) в координатах (m, n) сенсора.
Если текущее воспринимаемое изображение окружения робота Ek = Ek (Vk (S, Rk)), то описание внешнего мира S должно находиться по совокупности его текущих изображений Ep и координат сенсора робота Rp, где p – точки нахождения робота в среде.
Тогда задача построения модели среды формулируется как задача нахождения преобразования:
[{Ep} , {Rp}] → S{Oi};
т.е. по совокупности изображений, полученных сенсором робота из различных точек его нахождения в среде, сформировать описание этой среды в некоторой определяемой роботом системе координат среды.
Задача ориентации робота в среде формулируется в виде обратной задачи:
[Ek , S{Oi}] → Rk или [Xk, Yk, βk];
т.е. по единственному изображению, полученному в k-й точке нахождения робота, и сформированной карте местности определить координаты этой k-ой точки и ориентацию робота.
Текущие собственные координаты роботу не известны, и исходно все признаки внешней среды роботом могут описываться только в его системе координат {Li, αi} (на каком расстоянии Li от робота, и в каком направлении αi относительно направления «прямо перед собой» находятся выделяемые в поле зрения признаки). Без реализации процедуры перехода из одной системы координат в другую ни первая, ни вторая задача не могут быть решены.
Предполагается, что робот снабжен дальнометрической системой зрения с реализацией механизма фиксации направления взгляда на целевой локальной области изображения сцены. Кроме того, робот имеет одометр, выражающий пройденный путь в собственных единицах пути (шаг, оборот колеса).
Точность измерения расстояния до объектов внешней среды определяется устойчивостью алгоритмов выделения достаточно локальных зрительных признаков этих объектов и эффективностью самих измерительных процедур.
Полный текст статьи может быть загружен по ссылке http://library.mephi.ru/data/scientific-sessions/2005/nero/ch2/2-2-2.doc