Ультразвуковая идентификация объектов по топологическим признакам

Цель работы – идентифицировать объект при помощи ультразвукового датчика расстояния по адаптированным эталонам.

Для достижения поставленной цели в качестве датчика расстояния был рассмотрен датчик HC-SR04. Выбор обусловлен низкой стоимостью и простотой в использовании устройства.

Для идентификации объектов необходимо определить признаки, по которым они будут распознаваться. На практике, при распознавании трехмерных объектов, их проекции часто имеют вид, близкий к форме выпуклых геометрических фигур [1]. Поставленная задача решается, когда объекты описываются только при помощи топологических признаков. Примерами таких признаков могут быть – число компонент связности контура фигуры или число отверстий в связной области объекта [1].

Рассмотрим пример на рис.1. В качестве распознаваемого объекта возьмем два куба и расположим согласно рисунку. В примере сравним результаты сканирования камерой, которая в итоге получит двумерное изображение и датчик расстояния, результатом работы которого будет набор числовых данных.

Рис. 1 Идентификация объектов (вид сверху)

После обработки значений камеры и датчика расстояния получим примерно результаты, изображенные на рис.2.

Рис. 2 Результаты обработки показаний датчиков

Результаты показывают, что датчик расстояния смог более точно определить форму объекта, чем камера за счет сравнения расстояний (d1 и d2 на рис.1) до первого и второго куба.

Обработка изображения при помощи камеры может потребовать намного больше вычислительных ресурсов, чем обработка данных, полученных с датчика расстояния. Кроме того, на результат может повлиять также освещенность окружающей среды и фоновые цвета. Однако и датчик расстояния имеет недостатки. Для сканирования фигуры необходимо, чтобы датчик двигался параллельно объекту или поворачивался на заданный градус.

Распознавание объектов будет происходить посредством проверки всех возможных комбинаций проекции эталонных трехмерных объектов и отбора среди них той, которая наибольшим образом совпадает с признаками распознаваемого объекта [1]. В таком случае необходимо учитывать факторы окружающей среды при сканировании датчиком расстояния и заранее знать ориентацию рассматриваемого трехмерного объекта. Преимуществом использования такого подхода заключается в появлении возможности более точного сопоставления рассматриваемой проекции объекта с ее эталонным аналогом [1, 2].

Выводы

В работе предложен метод, позволяющий идентифицировать объекты по топологическим признакам при помощи ультразвукового датчика расстояния. Способ позволяет более точно распознать объект в рассмотренном случае и снизить вычислительные затраты.

Литература

1. А.В. Терехин. Диссертация. Алгоритмы определения безразмерных признаков изображений проекций трехмерных объектов и их распознавание. МИ (филиал) ВлГУ, 2015г. – 187с.
2. Распознавание образов по адаптивным эталонам. // Научная библиотека избранных естественно-научных изданий. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://sernam.ru/book_graph3d.php?id=52