Дипломная (вкр): Система технического зрения для управления мобильным роботом

Расчет стоимости работ выполнен в среде BPWin 4.1. с применением стоимостного анализа ABC. Полная стоимость системы приведена в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Расчет полной стоимости системы

2.4 Разработка системы технического зрения для ориентации мобильного робота в комнате

Разработка программного обеспечения СТЗО МР проводится в среде технических вычислений MATLAB 7.4.0.287 (R2007a). Дополнительно используются модули Image Processing Toolbox, Image Acquisition Toolbox и встроенная программа для разработки GUIDE приложений. Запуск среды осуществляется «Пуск→Все программы→MATLAB→R2007a→MATLAB R2007a» (рис. 2.6).

Рис. 2.7 Среда технических вычислений MATLAB

Для запуска GUIDE нужно нажать на одноименную кнопку в списке кнопок, расположенных под главным меню, в результате чего будет открыт «GUIDE Quick Start».

Рис. 2.8 Окно создания и открытия проекта

Первый раз нужно выбрать «Create New GUI» для открытия редактора формы приложения (рис. 2.9). Разработка приложения начинается с создания главного меню, которое будет состоять из операций, сгруппированных в пункты: камера, нижний уровень, средний уровень, верхний уровень и моделирование. Создание всех этих пунктов однотипно, поэтому в дальнейшем будет продемонстрирована разработка только группы операций «Камера».

Рис. 2.9 Редактор формы приложения

Разработка приложения начинается с создания и редактирования главного меню приложения. Для этого запускаем «Menu Editor» (рис. 2.10).

Рис. 2.10 Редактор меню «Menu Editor»

Для создания пунктов меню используется команда «New Menu» (рис. 2.11)

Рис. 2.11 Редактор меню «Menu Editor»

Здесь нужно ввести: название пункта меню в Label, имя переменной в модуле в Tag и нажать на кнопку View (рис .2.11).

Рис. 2.12 Создание подпунктов меню для пункта «Камера»

В создании уже подпунктов используется другая кнопка - «New Menu Item» (рис. 2.12). Для каждого создаваемого подпункта выше описанные действия повторяются в указанном порядке. В результате создания пункта меню «Камера» в Menu Editor была получена следующая структура (рис. 2.13).

Рис. 2.13 Структура пункта меню «Камера»

В модуле stzomr.m этих пунктов меню обслуживают следующие обработчики событий (табл. 2.7).

Таблица 2.7

Фрагмент листинга из модуля stzomr.m.

Пункт меню «Камера» объединяет первоочередные технические задачи, связанные с подготовкой камеры наблюдения к работе. Чтобы начать редактировать любое СТЗ в данном приложении, надо подключить камеру и получить исходные изображения. Опишем этот процесс:

Шаг 1. Запуск редактора СТЗО МР

Шаг 2. Формирование перечня доступных камер

Шаг 3. Выбор рабочей камеры

Шаг 4. Включение камеры

Шаг 5. Захват изображения с камеры

Аналогичным образом, последовательно выполняются все остальные группы операции. В силу ограниченности объема дипломного проекта, приведем всего лишь последовательность команд, которые нужно выполнить для формирования математической модели и программы СТЗО МР. Приложение также позволяет проверить созданную модель на любом другом захваченном изображении.

Группа команд, которую нужно выполнить на нижнем уровне СТЗ: Стек изображений → Фильтрация → Препарирование → Конвертирование.

Группа команд, которую нужно выполнить на среднем уровне СТЗ: Суперпозиция из набора морфологических операций: эрозия, дилатация, открытие и закрытие → Вычисление признаков.

Группа команд, которую нужно выполнить на верхнем уровне СТЗ: Формирование образа → Сегментация → Распознавание.

Группа команд, которую нужно выполнить на этапе моделирования СТЗ: Модель СТЗ → Проверка модели.

В ходе проведения таких действий система позволяет получить математическую модель СТЗ. Опираясь на математическую модель всегда можно восстановить алгоритм, соответствующей ей. Модель может иметь вид, например:

Выводы по второй главе

Вторая глава состоит из концепции СТЗО МР и сформулированных к ней требований, технического задания по ГОСТ 34.602-89; технического проекта по ГОСТ 34.601-90 и описания разработки программного обеспечения согласно разработанному проекту. Архитектура СТЗО МР является трехуровневой для однопроцессорных систем. Такой классический подход может гарантировать решение задачи на дипломный проект. Сам проект направлен на решение более общей проблемы, нежели поставленная задача. Технический проект описывает программное обеспечение редактора СТЗ вообще. Такой редактор позволяет создавать любое подобное программное обеспечение.

Во второй главе решены задачи:

·  разработка концепции СТЗО МР и формирование требований

·        разработка технического задания, соответствующего ГОСТ 34.602-89

·        разработка технического проекта, соответствующего ГОСТ 34.601-90

·        разработка ПО СТЗО МР в среде технических вычислений MATLAB.

Вторая глава вносит весомый вклад в достижение поставленной цели.

Заключение

Системы технического зрения находят широкое применение в современной жизни. И чем дальше, тем сложнее и интеллектуальнее они становятся. В дипломном проекте ставилась цель: спроектировать и реализовать в среде MATLAB программное обеспечение для автоматического создания СТЗ мобильных роботов в модифицированных дескриптивных алгебрах изображений, а также решить задачу автоматической ориентации мобильного робота в комнате на основе решенного в этом ПО системы технического зрения. Достижение цели планировалось в ходе решения следующих задач:

1. изучить зарубежный и отечественный опыт создания систем технического зрения

2.      детально исследовать возможности математических аппаратов дескриптивных алгебр изображений, дескриптивных алгебр изображений с одним кольцом и модифицированных дескриптивных алгебр изображений

.        разработать концепцию решения задачи, архитектуры разрабатываемой СТЗ и сформулировать требования к его функционированию

.        разработать проект программного обеспечения для редактирования математических моделей СТЗ

.        реализовать ПО редактора СТЗ в среде MATLAB и решить задачу ориентации робота в комнате.

Первая глава дипломного проекта описывает решение 1 и 2 задач. В ходе решения первой задачи были изучены работы отечественных исследователей по созданию систем технического зрения советского и постсоветского периодов. Не остались без внимания и современные зарубежные разработки. К их числу можно отнести шагающего робота BigDog военного назначения. В ходе решения задач первой главы была найдена оптимальная для решения задачи дипломного проекта архитектура СТЗ мобильного робота.

Вторая глава дипломного проекта направлена на решение задач 3, 4 и 5. Третья задача заключается в коротком резюмировании реализуемой концепции и формировании технических требований к разрабатываемой системе. На основании задания на разработку дипломного проекта оформляется техническое задание, соответствующее ГОСТ 34.602-89. Во второй главе согласно сформулированному техническому заданию разработан проект автоматизированной информационной системы СТЗО МР, соответствующего ГОСТ 34.601-90. И, наконец, пятая задача дипломного проекта заключается в реализации спроектированной информационной системы на выбранном языке программирования и в выбранной среде разработки. В качестве среды программирования выбран MATLAB R2007a. Среда технических вычислений использует одноименный скриптовый язык программирования Matlab. В разработках также использованы дополнительные модули обработки и анализа изображений Image Processing Toolbox и работы с внешним оборудованием Image Acquisition Toolbox.

Таким образом, все задачи дипломного проекта решены, и качество их решения соответствует требованиям заказчика. Следовательно, поставленная цель дипломного проекта достигнута.

Литература

1. Боев, В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GpssWorld [Текст]: учеб.пособие / В.Д. Боев. - СПб.; BHV-Петербург, 2004.-368 с.

2.      Винокурова, О.А. Методы и средства переработки информации в допечатных системах: Монография [Текст] / О. А. Винокурова, М.В. Ефимов, Ю.Н. Самарин, М.А. Синяк. Моск. гос. ун-т печати. - М.: МГУП.

.        Влацкая, И.В. Моделирование систем массового обслуживания [Текст]: методические указания к расчетно-графическим работам / И.В. Влацкая, О.А. Татжибаева. - Оренбург: Изд-во ГОУ ОГУ, 2005. - 20 с.

.        Гасов, В.М. Программные средства допечатных процессов: Учебное пособие для вузов [Текст] / В.М. Гасов, A.M. Цыганенко. В 3 кн. М.: МГУП, 2000.

.        Гнеденко, Б.Б. Введение в теорию массового обслуживания [Текст] / Б. Б. Гнеденко, И. Н. Коваленко. М., "Наука", 1966. 255 с.

.        Горбачев, A.A. Автоматизация учета затрат времени и управление обработкой информации в системах допечатной подготовки [Текст] / А.А. Горбачев, Ю.Н. Самарин // КомпьюАрт. - 2006. - №6.

.        Горбачев, A.A. Методика определения временных затрат на процесс допечатной подготовки полиграфического издания [Текст] / А.А. Горбачев, Ю.Н. Самарин // КомпьюАрт. - 2005. - №5.

.        Горбачев, A.A. Методика определения временных затрат на процесс подготовки сверстанных полос к выводу [Текст] / А.А. Горбачев, Ю.Н. Самарин // Проблемы полиграфии и издательского дела. -2005. -№1.

.        Иванова, А.Е. Анализ функционирования многоканальной системы массового обслуживания с учетом отказов и восстановлений цифровых печатных машин [Текст] / А.Е. Иванова // IX Международная конференция «Региональная информатика 2004»: Материалы конференции. - СПб. 2004.

.        Ивченко, Г.И. Теория массового обслуживания [Текст] / Г.И. Ивченко, В.А. Каштанов, И.Н. Коваленко - М.:Высш. школа, 1982. - 256 с.

.        Имитационное моделирование для науки и бизнеса [Электронный ресурс] // Применение имитационного моделирования. - Режим доступа: http://www.xjtek.ru/anylogic/articles/4/, свободный

.        Карпов, Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. [Текст] / Ю.Г. Карпов - СПб. БХВ-Петербург, 2005. - 400 с.

.        Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование: 3-е изд. Пер. с англ. [Текст] / В. Кельтон, А. Лоу. - СПб.: Издательская группа BNV, 2004. - 847 с.

.        Киселева, М.В. Имитационное моделирование систем в среде AnyLogic [Текст]: учебно-методическое пособие / М.В. Киселева. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2009.- 88 с.

.        Кондрашова, В.К. Экономика полиграфического предприятия [Текст] : учеб.пособие для вузов / В.К. Кондрашова, О. Г. Исаева. - М.: Изд-во МГУП,2005. - 317 с.

.        Кофман А. Массовое обслуживание. Теория и приложения [Текст] / А. Кофман, Р. Крюон -М.: Мир, 1965.-304 с.

.        Леоненко, А. В. Самоучитель UML - 2-е изд, перераб. И доп. [Текст] / А.В. Леоненко - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 432с.

.        Максимей, И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ [Текст] / И.В. Максимей М.: Радио и Связь, 1988.-232 с.

.        Маликов, Р.Ф. Основы разработки компьютерных моделей сложных систем. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2012. - 256 с.

.        Масалович, А.И. Моделирование и анализ поведения бизнес-процессов [Текст]: конспект лекций / А.И. Масалович, Ю.А. Шебеко - M.: Тора-Инфо Центр, 2002.

.        Межотраслевые нормы времени и выработки на процессы полиграфического производства.- М.: ГП НИЦ Экономика, 1997.- 447 с.

.        Мезенцев, К.Н. Моделирование систем в среде AnyLogic 6.4 [Текст]: учебное пособие. Часть 2 / Под редакцией Заслуженного деятеля

.        Самарин, ЮН. Автоматизация учета затрат времени и управление обработкой информации в системах допечатной подготовки [Текст] / Ю.Н. Самарин, А.А. Горбачев. // КомпьюАрт-2006.

.        Самарин, Ю.Н. Допечатное оборудование: Конструкции и расчет [Текст]: учебник для вузов / Ю.Н. Самарин. Моск. гос. ун-т печати. - М.: МГУП, 2002.

.        Самарин, Ю.Н. Технико-экономическая оценка и выбор фотонаборных автоматов для полиграфического производства [Текст] / Ю.Н. Самарин, М.А. Синяк- М., 2001.

.        Черемных, С.В. Структурный анализ систем: IDEF - технологий / С.В. Черемных, И.О. Семенов, В.С. Ручкин. - М.: Финансы и статистика, 2003. - 208 с.

.        Черненький, В.М. Разработка САПР. Книга 9 Имитационное моделирование [Текст]: практическое пособие. / Под редакцией А.В. Петрова - М.: Высшая шк., 1990. - 112 с.