Tras captar la imagen mediante la
cámara, hay un abanico de posibilidades para manipular la
información recogida y obtener datos, que se desprenden de su
análisis. A todos estos métodos de tratamiento de la
información de imágenes se les llama genéricamente; proceso de
imágenes.
En el proceso de imágenes se distinguen 3 niveles jerárquicos:
La efectividad del humano - los sistemas de máquina son a menudo determinados por la calidad del humano - la interfase de la máquina. Desgraciadamente, más tele robots existentes están equipados con la norma del monoscopic video (MV) los despliegues como la fuente principal de información al operador. Los despliegues de MV eliminan todas las señales de profundidad binoculares (es decir mire convergencia y disparidad), así como varias señales de profundidad minusculas (es decir la pendiente de la textura). La pérdida de estos resultados de señales de profundidad importantes en situaciones dónde la situación de objetos es ambigua en la escena remota.
Un problema relacionado es la dificultad estimando los tamaños absolutos con un sistema MV. Es difícil determinar si un obstáculo es demasiado grande o pequeño, o si una depresión es profundamente bastante para presentar un riesgo. Un estudio informó que usando sistemas de MV normales, el personal de escuadra de bomba es renuente para utilizar a su manipulador remoto.
La Investigación de Ingeniería humana (HERC) recientemente investigó los beneficios de usar 3-D, o el estereoscopio video (SV) para la tele operación en las aplicaciones en las fuerzas armadas canadienses. SV proporciona un inmediato sentido profundidad que puede simplificar las tareas de tele operación, favoreciéndose la requerida manipulación delicada.
Estereoscopio los sistemas videos usan dos cámaras para recoger las imágenes ligeramente de dos perspectivas diferentes, una para cada ojo del operador. El sistema del despliegue debe encauzar estas dos imágenes diferentes a los ojos apropiados. Mientras el más el sistema práctico, es empleando el equipo de la televisión normal, usa un campo alterno de acercamiento. Las imágenes de la izquierda y cámaras de la derecha se despliegan alternadamente en el monitor. Las gafas especiales están provistas con contraventanas de cristal líquidas que cambian de opaco a claro. Estas contraventanas son electrónicamente sincronizadas con el monitor, para que el ojo izquierdo sólo vea la imagen de la cámara izquierda, y el ojo derecho sólo ve la imagen del la cámara derecha.
Figure 1: David Drascic que dirige la investigación
para las Fuerzas canadienses el programa de observación de
StereoGraphics.
Desde 1997, Prof. Paul Milgram de Sección de Diseño Industrial, en la Universidad de Toronto y David Drascic, para la Defensa y el Instituto Civil de Medicina Medioambiental (DCIEM), han dirigido varios experimentos en la Universidad de Toronto para investigar los beneficios de SV para los operadores principiantes orientando las tareas del tele robot.
En uno experimento, realizaron una tarea de posicionamiento relacionado para tele operación esta disposición requirió alineación cuidadosa del tele robot. La dificultad de la tarea era variada cambiando los requisitos de precisión. Los resultados indican que operadores necesitan considerablemente menos entrenamiento para ponerse hábiles a este tipo de telerobots, puede realizar más rápidamente y con menos errores utilizando un despliegue de SV.
El nivel más bajo de dificultad, se encontró en beneficio de SV. Sin embargo, siempre que la tarea cambia, las ventajas de SV eran una vez más inmediatamente claras. A los niveles más altos de dificultad, la actuación es ventajosa para el SV e incluso se encontró después funcionamiento optimo a movimientos repetitivos.
Más recientemente, Investigación de Ingeniería del Humano (HERC), en la conjunción con DCIEM, dirigió una investigación en los beneficios de SV usando para las aplicaciones del tele operación en las fuerzas armadas canadienses para los operadores del tele robot experimentados. Usando varias tareas relacionadas a la bomba -la tele operación en disposición, a estos experimentos mostraron un fuerte sentido de posicionamiento remoto tele operable.
Toda la investigación descrita sobre la utilización de un NTSC se realizó - basado el sistema, originalmente desarrollado por Milgram y Drascic, y después puso al día a DCIEM. Este sistema usa cámaras normales, monitores y video el equipo. El signo de SV es un signo video normal que puede ser grabado con cualquier VCR. Este sistema puede instalarse por abajo de US$4,000 sin las cámaras. Los monitores de NTSC tienen una imagen refrescante proporción de 60 Hz. Usando el campo alterno la técnica de SV, cada ojo sólo ve la mitad de estas imágenes, y así tiene una 30 Hz, de imagen de actualización por proporción. Como un resultado hay un parpadeo perceptible en la imagen algunos operadores se distraen al principio. No obstante, operadores de todos los niveles de habilidad se adaptan muy rápidamente a este sistema de SV, mientras prefiriendo el más fuerte sistema de MV. La tensión atribuible al sistema de SV era incluso informó después de que varias horas usan; De hecho, la mayoría de los operadores tasaba los SV despliegan más cómodo y más utilizable que el MV original el despliegue.
Mejorando el despliegue de un tele robot es sólo un aspecto del humano, la interfase de la máquina. Otro el aspecto muy importante es el método comunicación metas humanas e instrucciones al tele robot. La mayoría de los telerobots en uso hoy es casi completamente el manual, requiriendo la atención constante del operador. Los grandes pasos largos han sido hechos en tele robots dando un cierto grado de inteligencia al ejecutar tareas.
Se han creado robots que son capaces de impulso en una situación en que pueden evitar obstáculos, o múltiples reconfiguraciones - el manipulador de juntura para mover el extremo a una nueva situación para el efector. Para usar uno de estos sistemas en un tele robot interactivo, la situación del operador necesita poder comunicar precisamente el 3D dimensional - las coordenadas al tele robot. Tales coordenadas pueden ser conocidas o definidas bien en ambientes específicos, como un laboratorio o espacio de trabajo.
Desde que 1999, Drascic y Milgram han estado rompiendo la nueva era por combinar a computadora generadora de los gráficos del estereoscopio con el video del estereoscopio (SV), una tecnología ellos la llama ARGOS que quiere decir "Artificial Realidad a través de las Cubiertas Gráficas en Estéreo - el video utilizando ARGOS es posible crear objetos virtuales que parecen existir en la imagen de video. Generando cuidadosamente calibración el indicador virtual de alguna clase, y permitiéndole al operador ajustar la posición de este indicador en tres espacios de video dimensional, es posible para el operador indicar un destino preciso para el tele robot, o para indicar un camino para que seguir. Posicionando un indicador virtual es una tarea mucho más simple que manejar un tele robot. Usando semejante interfase reducirá el trabajo del operador considerablemente.
Figure 2: Creando un punto gráfico que puede ser
calibrado para determinar la situación de un objeto en tres las
dimensiones. Un ejemplo de Realidad Aumentada.
Un experimento fue dirigido para determinar las tareas qué con precisión pudo encuadrar un indicador virtual con los blancos reales. Este experimento mostró que la calibración de los gráficos con el video era exitoso y que las tareas se pudieron encuadrar con el indicador virtual, así como la colocación de un indicador real en el espacio video, los límites de su percepción de profundidad así como la determinación del despliegue de la imagen fueron también exitosos.
Varios tipos diferentes de sistemas de Realidad Aumentados existen. ARGOS es uno de los más simples y más robustos, porque usa a un monitor normal cuando los estereoscopios despliegan el dispositivo. Otros sistemas de realidad aumentados de uso encabezan - los despliegues montados, pero hay muchos problemas de percepción de la calibración que no parecen ser resueltos antes de que estos sistemas puedan ser utilizados por la industria.
Desde que el indicador virtual puede usarse para especificar los puntos en el espacio remoto, es una extensión simple para crear una cinta virtual de medida, para que el operador pueda hacer dimensiones de las situaciones y tamaños de los objetos remotos.
Como un ejemplo extenso de Realidad Aumentada, considere un espacio para el tele robot. Todas las imágenes de video en el espacio sufren el mismo problema con las sombras: las sombras son en el espacio completamente negro, y algo en la sombra es completamente invisible. Sin embargo, desde las misiones enviadas al espacio bien conocido este problema, es posible usar ARGOS para generar las imágenes perdidas, cuidadosamente dibujado para aparecer a la situación correcta en el video la imagen.
En otras situaciones, objetos que pueden ser invisibles a la visión normal pueden ser perceptibles con otros sensores. En muchas situaciones subacuaticas, la visión normal sólo es buena para una distancia muy limitada. Mientras es más fácil para ver a través de las profundidades oscuras con SV que con MV, los operadores están todavía muy limitados. Sin embargo, usando radar y sonar e infrarrojo con las cámaras, es posible darse cuenta de objetos que serían por otra parte invisible. Si se envía la información de estos sensores al ARGOS la computadora, los objetos gráficos apropiadamente formados pueden dibujarse a la posición correcta en el espacio, en la fabricación de efecto visible lo que normalmente es invisible.
Semejante, información de los varios sensores de imágenes médicas, pueden utilizarse para generar las imágenes gráficas del interior del cuerpo humano. Estas imágenes pueden ser excelentes, hacia una imagen de video en vivo del cuerpo que usa ARGOS, observado en 3D, proporcionando una ventaja clara de sistemas que utilizan dos despliegues dimensiónales. (Bidimensionales).
El video de Estereoscópico y la Realidad Aumentada pueden mejorar grandemente la retroalimentación de información de la máquina remota al operador humano, y las herramientas como el Indicador Virtual pueden facilitar grandemente la comunicación de instrucciones humanas a la máquina.
Este video describe el desarrollo del ARGOS (Aumentando Realidad virtual a través de las Cubiertas Gráficas en Stereo video) el sistema, es una herramienta para el humano reforzando la interacción con tele robot y como una herramienta más general con las aplicaciones en una variedad de áreas, incluso el perfeccionamiento de la imagen, la simulación, fusión del sensor, y la realidad virtual. El estereoscopio despliega, imágenes 3-D, de realidad virtual, manipulación remota y tele operación.
Este proyecto empezó examinando la interfase de la máquina, un tele robot común, con el ser humano, identificando dos áreas del problema importantes: La información que fluye del robot al operador (la retroalimentación), y flujo de información del operador a la máquina (las ordenes / las instrucciones).
La mayoría de los tele robots utiliza video monoscopico (MV) como eslabón de retroalimentación primario para el operador. A MV le faltan señales de profundidad binoculares, sin embargo, impide la percepción del usuario en situaciones de objetos en el mundo remoto. El video estereoscópico utilizado (SV) para manipulación remota, la tarea puede reducir tiempo de ejecución, el índice de error y la adaptación tiempos. Los recientes estudios han mostrado que operadores prefieren SV fuertemente, y lo han calificado como más cómodo y utilizable que MV.
La mayoría de los tele robots se controlan por medio de control remoto, requiriendo mientras la atención continua de los operadores muy experimentados. Los tele robots totalmente autónomos no son todavía posibles en ambientes no estructurados, pero es factible, para transferir información sobre el trabajo hacia el operador de la máquina. Un robot semiautónomo puede llevar a cabo simples movimientos, controla si es preciso comunicar, las tres coordenadas dimensionan al robot y además si están disponibles. Los humanos son pobres en absoluto del juicio de posición, pero puede ser exacto.
Los juicios de posición que se utilizan en los despliegues de SV. Si un indicador con una posición exactamente conocida es disponible, los operadores pueden adaptarse a especificar los puntos arbitrarios en el mundo remoto, usando su propio sentido de posición relativa.
Nosotros hemos creado un indicador virtual que usa el estereoscopio calibrando los gráficos de computadora (SG), y con un sistema ARGOS, la confabulación de la imagen de SG con el SV, para que el indicador virtual aparezca dentro del control remoto del mundo. El operador puede moverlo libremente alrededor y encuadrarlo con objetos en el mundo remoto, puede determinar su posición. ARGOS combina habilidades humanas de percepción y comprensión con las habilidades de la computadora de cálculo preciso y los despliegues de gráficos para crear un sistema aumentado con mayor funcionalidad.
Nosotros llamamos sistema ARGOS , significado" Artificial Reality a través de Graphic Overlays en Stereovideo."
(Realidad artificial de cobertura grafica en stereovideo). En lugar de intentar crear una virtual o realidad artificial, ARGOS sirve para dar a los operadores suficiente necesaria información y así realizar las tareas peligrosas fuera de peligro y en un ambiente natural, para el teleoperador de manera especial.
Una extensión del indicador virtual es la cinta virtual, que puede usarse para medir tamaños y distancias en el mundo remoto. Por ejemplo, la cinta virtual - puede usarse para medir los tamaños y posiciones de objetos.
Con el gráfico y el poder suficiente computando, es posible crear los objetos virtuales animados de cualquier complejidad y realismo. Trabajando en ambientes estructurados, ARGOS puede reforzar imágenes como un alambre recubriendo los bordes del marco en los objetos conocidos. En los ambientes no estructurados, ARGOS puede integrar la información de otros sensores como el radar y sonar con el SV. Implementando la visualización arquitectónica de los objetos, el sistema de imágenes de simulación para tele robots médicos son algunos de los campos que se están explorando actualmente. Mecanizando las capacidades de visión incluso, se está extendiendo más allá el potencial del sistema de ARGOS.
Controlar un robot equipado con video monoscopico es difícil. Utilizando las imágenes estereoscópicas es mucho más fácil de controlar.
Las varias configuraciones de cámara de estereoscópica.
El operador porta gafas especiales para observar la imagen 3D.
El juego combinado de movimientos de la parte izquierda de la imagen del robot y la correcta observación de la posición del mismo son similares; las gafas separan la imagen para el ojo izquierdo y el ojo derecho.
Esto muestra el Indicador Virtual en funcionamiento, mientras sé esta midiendo la distancia de la silla del primer plano de la parte de atrás de la imagen.
Aquí el Indicador Virtual dibuja un camino en el espacio que el robot debe seguir.
Aquí el sistema de Realidad Aumentado se muestra para reforzar la vista del tele robot que se encarga de recolectar o enviar satélites de la bahía del trasbordador espacial.
Un ejemplo de observación de alambre simple –el sistema de visión de los robots que interactúa con su medio ambiente en este caso la mesa, las sillas permitiéndose así controlar sus movimientos.
El operador controla el robot virtual en tiempo real, el robot sigue al operador cuando el operador lo indica. Los sistemas estereoscópicos hacen fácil él posicionarlo precisamente en el espacio.
Aquí el operador mueve un robot para la sujetacion de un objeto.
Aquí el operador controla un robot virtualmente de la misma manera.
1. DRASCIC, D., GRODSKI, J.J." El Video Stereoscopico y Teleoperation ", SPIE Vol 1915 Stereoscopic Displays y Aplicaciones IV, El 1993 de feb.
2. DRASCIC, D." La Adquisición de habilidad y Actuación de la Tarea en Teleoperation que usa Monoscopic y Video de Stereoscopico el Viendo Remoto ", Los procedimientos de la Sociedad de Factores Humana 35 Reunión Anual, 1367-71, Sep. 1991
3. DRASCIC, D., MILGRAM, P.," La Exactitud posicionando de un Indicador Estereográfico Virtual en un Stereoscopico Video Mundo Real ", SPIE Vol 1457 Stereoscopic Displays y Aplicaciones II, El 1991 de marzo
4. Milgram, P., Drascic, D., Grodski, J.J. "el Perfeccionamiento de 3-D despliegues videos por medio del estéreo sobrepuesto - los gráficos", Los procedimientos de la Sociedad de Factores Humana 35 Reunión Anual, 1367-71, Sep. 1991
5. Milgram, P., Drascic, D., Grodski, J.J. "UN Indicador Estereográfico Virtual para un ambiente Real 3D - el Mundo del Video Dimensional", ACTÚE RECÍPROCAMENTE `90: Tercera Conferencia de IFIP en el Humano - la Interacción de la Computadora, El 1990 de agosto
6. Zhai, S., Milgram, P. "UN telerobotic el sistema del mando virtual", SPIE Vol 1612, Robótica Inteligente Cooperativa en el Espacio II, Nov. 1991
